某中承式拱橋地震反應譜分析及抗震性能研究

黃中亨

（同濟大學土木工程學院 上海 200092）

某中承式拱橋地震反應譜分析及抗震性能研究

黃中亨

（同濟大學土木工程學院 上海 200092）

針對某中承式拱橋進行了抗震研究，介紹了地震反應譜分析的基本原理，通過有限元模型的動力特性及反應譜分析，得出了結構在地震作用下的內力響應，采用纖維單元，對結構最不利截面進行了P-M-分析，得到了控制截面的抗彎能力，對結構進行了抗震性能評估。

中承式拱橋；反應譜分析；纖維單元；抗震性能評估

概述

最近的二十余年，全球多次地震表明，地震時橋梁工程容易遭到嚴重破壞，進而使得震區交通生命線被切斷，外界救援人員難以進入災區，使次生災害加重，導致了巨大的經濟損失。隨著現代化城市人口大量增加和經濟高速發展，城市生活對交通線的依賴性越來越強，一旦地震使交通線遭到破壞，可能導致的生命財產以及間接經濟損失也將會越來越巨大。國內外多次地震證明，經過抗震設計的工程，能夠有效地抵御地震災害。

本文以某260m跨徑中承式拱橋為研究對象，進行動力特性及反應譜分析，在此基礎上對其抗震性能作出評估。

設計反應譜

反應譜分析建立在振型分解反應譜理論基礎上。振型分解理論將結構的地震作用響應分解為各振型分量的疊加，即對應每個振型對應一個地震作用，然后通過一定的組合方法（SRSS，CQC，ABS等）疊加各振型結構的地震響應得到最終總的結構地震響應值。

設計反應譜采用工程場地50年超越概率10%（E1）、2%（E2）地表地震動加速度反應譜，如圖1所示：

圖3 橋梁設計反應譜

有限元模型

采用有限元計算軟件對該中承式拱橋進行有限元建模，有限元計算模型以順橋向為X軸，橫橋向為Y軸，豎向為Z軸。其中拱肋、鋼橫梁、鋼縱梁、橋面板、立柱、拱肋橫向聯系、輔助墩均采用梁單元進行模擬，吊桿采用桁架單元進行模擬，縱梁與橫梁間采用剛性連接，結構的有限元計算模型如圖2所示。

圖4 有限元模型

動力特性分析

橋梁動力特性分析是研究橋梁振動問題的基礎，為了計算在不同等級地震荷載作用下的結構的動力響應，必須首先計算橋梁結構的動力特性。動力特性分析結果如表1所示。

反應譜分析結果

分析時地震動反應譜考慮兩種輸入方式：①豎向+橫向；②豎向+縱向。在兩種不同水平地震作用下，結構最不利截面發生在拱腳處，拱腳處內力如表2所示。

表2 結構動力特性

表1 地震作用下拱腳內力

抗震性能評估

對結構抗震性能目標為：在地震水平E1作用下，結構不發生損傷，保持在彈性范圍內；在地震水平E2作用下，主纜不發生損傷，主塔、基礎、主梁等重要結構受力構件局部可發生可修復的損傷，但要求地震后不影響車輛的通行。

圖1 拱腳截面纖維單元模型

圖2 拱腳截面P-M-?分析結果

結論

本文采用地震反應譜分析方法，對某中承式拱橋進行了抗震性能研究，得出以下結論：

1）結構在地震作用下內力最大處為拱腳截面，E1地震作用下拱腳最大彎矩159244kN·m，E2地震作用下拱腳最大彎矩223528kN·m。

2）經過P-M-?分析，得出了拱腳截面的初始屈服彎矩和等效抗彎屈服彎矩，分別大于結構在E1、E2地震作用下的拱腳彎矩，結構抗震性能性能良好。

[1]R.克拉夫,J.彭津.結構動力學[M].高等教育出版社,2006.

[2]朱立增,張紀群.大型橋梁抗震反應譜分析理論的發展及研究現狀[J].公路交通技術,2003(4):50-52.

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1007-6344（2017）02-0341-01