沈陽市東塔橋地震響應(yīng)分析

董成

摘 要：沈陽市東塔橋為采用格構(gòu)式鋼橋塔鋼箱梁的自錨式懸索橋。為減小地震效應(yīng)，該懸索橋設(shè)置了黏滯阻尼器。本文以該橋為研究對象，建立全橋的動力計算模型，對此橋的動力特性進(jìn)行計算分析，同時對比有阻尼器及無阻尼器下的動力響應(yīng)，分析相應(yīng)工況下的減震率，研究黏滯阻尼器對該橋抗震性能的影響。

關(guān)鍵詞：自錨式懸索橋;時程分析;黏滯阻尼器

中圖分類號：U448.25文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）14-0077-03

Abstract： Shenyang East Tower Bridge is a self-anchored suspension bridge with steel box girder of lattice steel tower. In order to reduce the seismic effect， the suspension bridge is equipped with viscous dampers. This paper takes the bridge as the research object， establishes a dynamic calculation model of the full bridge， and calculates and analyzes the dynamic characteristics of the bridge， and compares the dynamic response with and without dampers， analyzes the damping rate under corresponding working conditions， and studies the effect of viscous dampers on the seismic performance of the bridge.

Keywords： self-anchored suspension bridge;time history analysis;viscous damper

隨著我國交通運輸業(yè)的發(fā)展及城市化進(jìn)程的加快，城市交通干線變得越來越重要，大跨徑自錨式懸索橋以其造型優(yōu)美、材料強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)整體自重輕和便于制造等特點往往應(yīng)用于交通干線的重要節(jié)點。同時，我國地震災(zāi)害頻發(fā)，地震作用直接影響橋梁結(jié)構(gòu)安全，因此，正確分析大跨度自錨式懸索橋的地震響應(yīng)，并對其規(guī)律進(jìn)行把握，采取相應(yīng)的減隔震措施，對確保橋梁安全具有重要意義[1-2]。

1 概述

東塔橋位于沈陽市?？平?，跨越渾河。主橋為五跨連續(xù)采用格構(gòu)式鋼橋塔鋼箱梁的自錨式懸索橋，主橋橋梁跨徑布置為40 m+90 m+220 m+90 m+40 m。懸索橋主梁采用整體式長挑臂扁平鋼箱梁結(jié)構(gòu)，鋼箱梁梁高為3 m，錨固段梁高局部加厚為4.8 m。主橋有索區(qū)鋼箱梁寬為43.3 m，無索區(qū)寬為40 m。懸索橋主纜垂跨比為1.0/5.5，主纜在橫橋向的間距為36 m，主纜錨固于邊跨鋼梁上。主橋塔在洪水位以上采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，洪水位以下為鋼筋混凝土塔座。橋面以上塔高為45.05 m，主塔中心橫橋向間距為36 m，塔座為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。橋塔承臺厚度為5.0 m，樁基直徑為2.0 m;引橋墩承臺厚度為2 m，引橋樁基直徑為1.2 m。鋼結(jié)構(gòu)采用Q345D低合金鋼板;橋墩、橋臺采用C40混凝土;承臺及鉆孔樁采用C30混凝土。

2 動力模型建立及技術(shù)指標(biāo)

2.1 動力計算模型建立

采用有限元程序建立全橋動力計算模型，主梁采用脊梁模型;采用索單元模擬主纜及吊索，主塔、橋墩、樁基采用梁單元模擬;樁周考慮樁-土的相互作用，采用彈性連接模擬土的剛度，黏滯阻尼器采用Maxwell模型模擬[3-4]。全橋動力計算模型如圖1所示。

2.2 技術(shù)指標(biāo)

沈陽市抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度;設(shè)計基本地震加速度為0.10g（g為重力加速度），設(shè)計地震分組為第一組，設(shè)計特征周期值為0.35 s;橋梁抗震設(shè)防類別為A類;橋梁抗震設(shè)防措施等級為8度;主橋采用普通球形鋼支座，在主塔牛腿位置與主梁間設(shè)置黏滯阻尼器。

黏滯阻尼器的阻尼力為2 200 kN，速度指數(shù)為0.4，阻尼系數(shù)為2 200 kN·s/mm，位移值為±30 cm;樁基考慮樁-土作用，采用m（m為土的水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)）法。

3 橋梁動力特性計算結(jié)果

3.1 自振特性分析

下面用利茲向量法計算參與組合計算的振型。振型組合采用完全二次振型組合（CQC）法，計算150階自振頻率，振型x、y、z各方向參與質(zhì)量均大于95%[5]。通過對設(shè)置黏滯阻尼器及未設(shè)置黏滯阻尼器的橋梁結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行特征值分析可得，主要振型的頻率及周期如表1所示。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)置黏滯阻尼器，前三階振型如圖2所示。

3.2 地震時程分析

在上述橋梁有限元模型的基礎(chǔ)上，下面采用圖3所示的三條地震波作為地震動輸入，分別對橋梁進(jìn)行地震時程響應(yīng)分析。

分別對設(shè)置黏滯阻尼器及未設(shè)置黏滯阻尼器的橋梁結(jié)構(gòu)的橋塔根部控制內(nèi)力（剪力、彎矩）、橋塔頂部位移、主橋梁端位移進(jìn)行對比，如表2至表4所示。

在地震波荷載作用下，分別對設(shè)置黏滯阻尼器及未設(shè)置黏滯阻尼器的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算。由橋塔根部地震響應(yīng)結(jié)果可知，設(shè)置黏滯阻尼器情況下塔底根部剪力較未設(shè)置黏滯阻尼器情況下減小13.5%～54.7%，設(shè)置黏滯阻尼器情況下塔底根部彎矩較未設(shè)置黏滯阻尼器情況下減小58.8%～82.3%;由橋塔頂部地震響應(yīng)結(jié)果可知，設(shè)置黏滯阻尼器情況下橋塔頂部縱向位移較未設(shè)置黏滯阻尼器情況下減小22.8%～82.0%;由主梁兩端部的縱向位移結(jié)果可知，設(shè)置黏滯阻尼器情況下主梁兩端縱向位移較未設(shè)置黏滯阻尼器情況下減小44.6%～84.2%。

通過上述三項主要動力響應(yīng)對比結(jié)果可知，黏滯阻尼器對橋梁結(jié)構(gòu)的減震效果明顯。

4 結(jié)語

本文分析了東塔橋橋梁結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下的響應(yīng)，對比了設(shè)置阻尼器及未設(shè)置阻尼器的橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析結(jié)果。研究結(jié)果表明，黏滯阻尼器對東塔橋的前三階動力特性有比較明顯的影響，在橋塔與主梁間增設(shè)黏滯阻尼器，可以有效減小塔頂位移、塔底彎矩和塔底剪力，改善橋塔受力狀態(tài)，同時有效減少梁端位移的地震響應(yīng)，達(dá)到了較好的減震效果。

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