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大跨度高墩连续刚构桥空间地震响应分析

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振型特征
墩纵弯 墩横弯 墩纵弯 墩纵弯 墩横弯 墩纵弯 墩纵弯 墩纵弯 墩横弯 墩纵弯
大桥纵向和横向的基本振型如图 5～6 所示 :
图 5 第一阶振型( 特征 :墩纵弯)
图 3 EI Centro 地震记录
图 6 第二阶振型( 特征 :墩横弯)
Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting Vol. 27 ,No. 3 2005
本文所述的大跨度高墩连续刚构桥如图 1 所
示 ,其桥跨结构为变截面箱梁 ,主墩墩身纵桥向由两 片等截面矩形空心薄壁墩组成 。采用土木工程通用 计算软件 SAP2000 对其进行空间地震响应分析 ,根 据大桥的设计资料 ,用 SAP2000 建立了有限元模型 。 在计算模型中主要采用了梁单元和刚性单元 ,连续 梁和桥墩采用梁单元来模拟 ,连续刚构的桥墩与梁
大跨度高墩连续刚构桥的非线性分为材料非线 性和几何非线性两种 ,本文通过考虑 P2Δ 效应 (即 高墩在水平地震力作用下产生水平变位 ,从而使作 用在墩顶上的上部结构的重力荷载以及墩身自身的 重力荷载产生了偏心 ,在桥墩内将引起二次内力和 变形) 来考虑其几何非线性 。并对该桥梁结构分别 进行了不考虑高墩的 P2Δ 效应和考虑高墩的 P2Δ 效应时的地震响应计算 。表 2 、表 3 列出其在地震 作用下的各墩墩底最大弯矩 ,其中 1 号截面为左墩 墩底截面 ,2 号截面为右墩墩底截面 。
[ 收稿日期 ] 2004211209 [ 作者简介 ] 陈海波 (1981～) ,男 ,广西人 ,硕士研究生
图 1 大跨度连续刚构桥示意图
Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting June 2005
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·5 4 ·
工程抗震与加固改造
2005 年 6 月
图 7 A2 位移荷载为 415cm 的变形图
工 况
纵向
表 4 两种情况下墩底弯矩比较
不考虑 P2Δ 考虑 P2Δ
截面
效应的地 效应的地
位置
震响应 M 震响应 M
( kN·m)
( kN·m)
左 1号
右
1333711877 1333813537
14915189 14877152
左 2号
右
3090017085 3102715107
33438114 33727193
右 1745741304
0
表 3 考虑 P2Δ效应时墩底最大弯矩
工况 截面位置 M横 (kN·m)
M纵
0
纵向
左
0
2号
右
0
14915189 14877152 33438114 33727193
左 1号
右 横向
左 2号
右
139218 150446 21259918 17573212
Abstract : In this paper , an interspaced calculation model of a high2pier long2span continuous rigid frame bridge is established. The El Centro record is chosen to analysis the seismic response of the bridge. The longitudinal and lateral seismic responses are calculated. The influence of the P2Δ4effect on seismic response are studied. The results show that the lateral seismic responses are greater than the longitudinal seismic responses of the high2pier long2span continuous rigid frame bridge. And the influence of the P2Δ4effect to the longitudinal seismic response is more obviously. Keywords :high2pier ;continuous rigid frame ; P2Δ effect ;time2history analysis
1 前言 桥梁是交通运输系统的枢纽工程 ,是生命线工
程的重要组成部分 ,在现代化社会生活和经济运行 中起着越来越重要的作用 。地震中 ,桥梁结构的破 坏不仅导致交通中断 ,还会引起次生灾害 ,导致更为 严重的生命财产及经济损失 。而目前随着我国科学 技术 、国民经济和交通事业的发展 ,高桥墩日益增 多 ,尤其是我国西南 、西北山区公路和铁路的兴建 , 道路跨越深沟峡谷或大江大河 ,往往采用高墩桥梁 跨越 。但是 ,现在国内外缺乏高桥墩经受地震的经 验 ,发生震害后修复困难 。因此 ,对高墩梁桥进行准 确的地震响应分析 ,并由此提出针对高墩的抗震设 计方法是十分必要的 。 2 计算模型的建立及其处理
第202075卷年第6
3期 月
工程抗震与加固改造 Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting
[ 文章编号 ] 100228412 (2005) 0320078203
Vol. 27 ,No1 3 Jun. 2005
大跨度高墩连续刚构桥空间地震响应分析
计算中地震动的输入模式取横向和纵向两种方
式 ,本文不考虑行波效应 ,采用同步输入 。
图 4 EI Centro 地震记录的水平加速度谱
4 桥梁结构的地震响应 411 桥梁结构的自振特性计算
本文首先对大跨度高墩连续刚构桥的动力特性 进行了分析 ,表 1 列出其前十阶的自振特性 。
表 1 结构自振特性表
增量 ( %)
111837 111539 81212 81703
1号 横向
2号
左 1383201824 右 1496511942 左 21128710407 右 1745741304
139218 150446 21259918 17573212
01649 0153 01621 01663
注 :纵向地震作用下弯矩选为 M纵 ,横向地震作用下弯矩选 为 M横 。
12591404 1278142 19781307 20601791
由表 2 、表 3 可以发现 ,桥梁在横向地震作用下 所产生的墩底弯矩明显要比纵向地震作用下的数值 大 ,最大能达到 10 倍多 ,这点可以由桥梁的动力特
性和场地特性的关系进行分析 。高墩桥梁的纵向自
振周期较长 ,地震作用较小 ,而其横向自振周期比较 接近 El Centro 地震记录的卓越周期 ,就是说桥梁在 横向地震作用下的动力放大系数较大 ,这就是横向 地震响应要比纵向地震响应大的原因 。对于一般高
陈海波1 ,刘保东2
(北京交通大学土木建筑工程学院 ,北京 100044)
[摘 要 ] 建立了一座大跨度高墩连续刚构桥的空间计算模型 ,选用 El Centro 地震波对其进行空间地震响应分 析 ,计算了该桥的纵向和横向地震响应 ,研究了 P2Δ效应对其地震响应的影响 。分析结果表明 ,大跨度高墩连续刚 构桥的横向地震响应要比纵向地震响应大 , P2Δ效应对纵向地震响应的影响显著而对横向地震响应的影响较小 。 [ 关键词 ] 高墩 ;连续刚构 ; P2Δ效应 ;时程分析 [ 中图分类号 ] U448123 [ 文献标识码 ] A
墩连续刚构桥 ,在地震作用下我们要特别注意其在 横向地震作用下的地震响应 。
由表 3 可以发现在横向地震动作用下桥梁结构 的纵向也有弯矩响应 ,这是由于采用了空间模型所 致 ,此时虽然弯矩不大 ,但这也说明了对桥梁结构进 行空间地震响应分析时 ,能够考虑两个水平方向的 耦联影响 ,相比平面分析模型能够更好地反映结构 的总体地震响应 。
·· ·
式中 ,[ M ]为质量矩阵 ; δ 、δ 、{δ}分别为加速
度 、速度和位移矢量矩阵 ; [ C ] 为阻尼矩阵 ; [ K] 为 刚度矩阵 ,{ F}为由地面运动引起的等效荷载 。
本桥处于 Ⅱ类场地 ,设防烈度为 7 度 ,根据场地 特性选择 El Centro 地震记录对桥梁结构进行地震 响应分析 ,该记录的时程曲线如图 3 所示 ,其峰值加 速度 amax = 013569g。根据本桥的抗震设防烈度对 其峰值加速度进行适当调整 。采用 Newmark2β法求 解地震响应 ,积分步长 (Δt) 为 0102s。El Centro 地震 记录的水平加速度谱曲线如图 4 所示 。
表 2 不考虑 P2Δ效应时墩底最大弯矩
工况 截面位置 M横 (kN·m)
M纵 (kN·m)
左
0
1号
右
0
纵向
左
0
2号
右
0
13337. 1877 1333813537 3090017085 3102715107
左 1383201824
0
1号
右 1496511942
0
横向
左 21128710407
0
2号
Seismic Response Analysis of a High2pier Long2span Continuous Rigid Frame Bridge
Chen Hai2bo , Liu B ao2dong ( College of Civil Engineering and Architecture , Beijing Jiaotong University , Beijing 100044 , China)

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高墩大跨度连续刚构桥的抗震分析

高墩大跨度连续刚构桥的抗震分析

（ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｂ ａ ｉ ｙ ｕ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ４５ ０ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ ａ ｈ ｉ ｇ ｈ — ｐ ｉ ｅ ｒ ｌ ｏ ｎ ｇ － ｓ ｐ ａ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｏ ｕ ｓ ｒ ｉ ｇ ｉ ｄ ｆ ｒ ａ ｍｅ ｂ ｉ ｒ ｄ ｇ ｅ ａ ｓ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ａ ｃ ｋ ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ，ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｂ ｕ ｉ ｌ ｔ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｉ ｓ ｔ ｙ ｐ ｅ ｏ ｆ ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ， ｔ ｈ ｅ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｏ ｆ ｔ ｈ ｉ ｓ ｂ ｉ ｒ ｄ ｇ ｅ ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ；Ａｄ ｏ ｐ ｔ ｉ ｎ ｇ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｔ ｉ ｍｅ — ｈ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ｙ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ， ａ ｎ ａ ｌ ｙ － ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ ｓ ｅ ｉ ｓ ｍｉ ｃ ｂ ｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ ・ － ｐ ｉ ｅ ｒ ｌ ｏ ｎ ｇ ・ － ｓ ｐ ａ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｏ ｕ ｓ ｉ ｒ ｇ ｉ ｄ ｆ ｒ ａ ｍｅ ｂ ｉ ｒ ｄ ｇ ｅ ｉ ｓ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｄ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｌ ｓ ｅ ｉ ｓ ｍｉ ｃ ｗａ ｖ ｅ ｅ ｘ ｃ ｉ ｔ ａ － ｔ ｉ ｏ ｎ，ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｉ ｓ ｔ ｙ ｐ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ・ ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｌ ａ
铁路高墩大跨度连续刚构桥抗震设计分析

铁路高墩大跨度连续刚构桥抗震设计分析

成 最 不 利 塑 性 铰 区域 ． 力 Ⅱ 强墩顶 、 底 塑 性 铰 区 域 横 向约 束 钢 筋 布 置 ， 提高墩柱延性 。
关 键 词 ：连 续 刚 构桥 ； 动 力特 性 ； 罕遇地震 ； 抗震设计 ； 时程 分 析 中图 分 类 号 ：Ｕ４ ４ ８ ． ２ ３ ； Ｕ４ ４ ２ ． ５ ５ 文 献标 志 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ １ —７ ７ ６ ７ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ２ —０ ０ ５ １ —０ ４
５ ２
世 界 桥 梁
２ ０ １ ５ ， ４ ３ （ ２ ）
锄 姗 瑚 ｍ ｏ
啪 湖伽
用 ＭＩ ＤＡ Ｓ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ 建 立 连 续 刚 构 桥 空 间有 限元 模 型 ， 对 其 进 行 动 力 特 性 及 罕 遇 地 震 作 用 下 的非 线 性 时 程 分 析 ， 并 优 化 延 性 抗 震
设 计 。分 析 结 果 表 明 ： 桥 梁 振 型 以 梁 墩 的 横 向振 动 为 主 ， 第 １ 阶 横 向侧 弯 的 自振 周 期 为 １ ． ６ ９ ７ Ｓ ， 全 桥 最 大 振 幅 出 现 在 桥 墩 墩
顶 位 置 。在 罕 遇 地 震 （ ５ ０年 超 越 概 率 为 ２ ） 作 用下 ， 中跨 墩 顶 、 底受力较大 ， 均已进入屈服 ， 但 其 弯 矩 均 小 于 钢筋 极 限 弯 矩 ， 桥 梁满足“ 大震不倒 ” 抗 震 性 能 目标 。对 塑性 铰 区 进 行 优 化 ， 将墩底 以上 ３ ｍ 空心与实体分界 位置处截 面外层部分 主筋弯折 ， 形
元模 拟 。通过 在桩 基梁单 元 上施 加侧 向土 弹簧模 拟 桩土相 互作 用 ， 弹 簧刚度 采 用 ｍ 法 计算 。通 过在 边
墩施 加集 中荷 载 ， 模 拟相 邻 简 支 粱 跨 作用 在 连续 刚
关于高墩大跨径连续钢构桥梁结构抗震设计分析论文

关于高墩大跨径连续钢构桥梁结构抗震设计分析论文

关于高墩大跨径连续钢构桥梁结构抗震设计分析论文关于高墩大跨径连续钢构桥梁结构抗震设计分析论文摘要：随着我国交通事业的发展，高墩大跨径连续钢构桥梁在交通道路建设中运用的越来越多，尤其是我国西南、西北地区，盘山公路等已经不能满足经济发展需要。

但由于地形较为复杂，在道路建设中多采用桥梁，再加上山区为地震多发地带，因而对桥梁设计要求极为严格。

高墩大跨径连续钢构桥梁结构的设计具有良好抗震能力，分析其抗震设计，对于其完善与发展具有重要意义。

关键词：高墩；大跨径：连续钢构梁；抗震设计1 高墩大跨径连续钢构桥简介钢构桥结构较为特殊，是将墩台与主梁整体固结。

其承担竖向荷载时，主梁通过产生负弯矩减少跨中正弯矩。

桥墩作为钢构桥的主体部分，主要承担水平推力、压力以及弯矩三种力。

墩梁固结形式较为特殊，可通过节省抗震支座减少桥墩厚度，借助悬臂施工从而省去体系转换，减少了施工工序。

该结构可保持连续梁无伸缩缝，使行车平顺。

此外还具有无需设置支座和体系转换功能，桥梁结构在顺桥向和横桥向分别具有抗弯和抗扭刚度，为施工提供具有便利。

高墩大跨径连续钢构桥形式优缺点并存，其缺点在于受混凝土收缩、墩台沉陷等因素影响，结构中可产生附加内力。

作为高柔性墩，可允许其上部存在横向变位。

其优点在于弱化墩台沉降所产生的内力，并减轻其对结构的影响。

其突出受力结构表现为桥墩与桥梁固结为整体，通过共同承受荷载进而较少负弯矩；该桥梁结构受力合理，抗震与抗扭能力强，具有整体性好，桥型流畅等优点。

作为高柔性桥墩，可允许桥墩纵横向存在合理变位。

2 桥梁震害的具体表现2.1 支座在地震中支座损坏极为常见，支座遭到破坏后能够改变力的传递，进而影响桥梁其它结构的抗震能力，其主要破坏形式有移位、剪断以及支座脱落等。

2.2 上部结构上部结构遭受震害主要是移位，即纵向、横向发生移位。

移位部位通常位于伸缩缝处，具体表现为梁间开脱、落梁、顶撞等。

有资料显示，顺桥向落梁在总数中所占比例高达90%，由于这种落梁方式会撞击到桥墩侧壁，对下部结构造成巨大冲击力，因而破坏力极大。

大跨度高墩连续刚构桥抗震设计研究

大跨度高墩连续刚构桥抗震设计研究

大跨度高墩连续刚构桥抗震设计研究近年来，大跨度高墩连续刚构桥的应用越来越广泛。

由于这种类型的桥梁具有超过常规桥梁的跨度和高度，因此在抗震设计中需要特别关注其稳定性和抗震性能。

首先，对于大跨度高墩连续刚构桥的设计，通常需要进行地震剪力校核。

在进行结构设计时，应根据地震烈度、地震波效应和桥梁自身特点，确定桥墩、桥梁支座和连续梁等各部分的抗震设计参数。

同时，需要根据大跨度高墩连续刚构桥的地震作用特点，采取相应的抗震措施，如设置适当的减震装置和增设钢筋混凝土抗震墙等。

其次，大跨度高墩连续刚构桥的地震响应分析也是抗震设计的关键。

一般来说，地震响应分析是通过有限元模型来模拟大跨度高墩连续刚构桥在地震作用下的动态特性。

这个模型应能够准确地反映桥梁的刚度和阻尼特性，以及地震波对桥梁结构的影响。

通过地震响应分析，可以评估桥梁在地震下的位移、加速度和应力等参数，确定其在地震作用下的稳定性和安全性。

此外，大跨度高墩连续刚构桥的抗震设计还需要考虑材料的抗震性能。

在选择桥梁结构材料时，应优先选择具有较好抗震性能的材料，如高强度钢材和高性能混凝土等。

同时，在材料的加工和施工过程中，还需要严格遵守相关的抗震设计规范和施工标准，确保材料和构件的质量符合设计要求。

最后，大跨度高墩连续刚构桥的抗震设计还需要进行可靠性分析。

可靠性分析是通过对设计参数和地震作用参数进行概率统计和分析，来评估桥梁在地震作用下的实际性能和安全性。

通过可靠性分析，可以有效提高大跨度高墩连续刚构桥的抗震能力，减少地震灾害的风险。

综上所述，大跨度高墩连续刚构桥的抗震设计需要关注地震剪力校核、地震响应分析、材料抗震性能和可靠性分析等方面。

通过合理的抗震设计和措施，可以确保大跨度高墩连续刚构桥在地震作用下具有足够的稳定性和安全性，为我们的交通运输事业提供可靠的保障。