基于大质量法地震竖向作用下连续刚构桥地震响应分析

性取决于其本身的材料特性和刚度 、 质量分 布， 以及相应的约 束条件 ， 这是进行结构动力响应计算 的基础 ， 也可作 为结构损
伤 识 另 和质 量 评 定 的 依 据 。利 用 建 立 的 空 间模 型 ， 用 子 空 ｉ ｊ 采
间 迭代 法求 解 振 型 和频 率 （ １图 ２ 。 表 、 ）
位移， 约束绕 ， 并 ，
轴 的 转 动 。 桥 梁
的 空 间 有 限 元 模 型 如 冈 １所 示 。
的结 论 ， 供 参 考 。 以
１ 大质 量 法简 介
大 质 量 法 （ Ｍ 假 设 基 础 为 一 个 或 若 干 个 具 有 很 大 质 Ｌ Ｍ） 量 的集 中质 量 单 元 ， 些 大 质 量 单 元 与 上 部 结 构 之 间 刚 性 连 这 接 。对 于 连 续 刚构 桥 ， 用 有 限元 方 法 离 散 化 ， 到 结 构 的 采 得
阶 次 ， （ ） 振 型 描 述 阶 次 频 率 （ ｚ 频 率 Ｈｚ Ｈ）
ｌ ２ ３ ４ ０ ３７ ６ ．９ ５ ０４４２ ．Ｏ ５ Ｏ９ ５ ９ ． １５ １５ ３ ．５ ４ 纵飘 横 弯 横 弯 竖 弯 ６ ７ ８ ９ １９９ ． ８５ ２ ２６ ．８３ ２ ８ ３ ． ７０ ３ ０４ ．４ ２
振频率 、 型等动力参数 。以 Ｅ 振 Ｌ—Ｃ ｎｒ ｅｔ ｏ波为激励 ， 运用大质 量法 ， 通过 时程分析 法分析 竖向地震作 用对结
构 的 影 响 。 分 析 表 明 ： 向地 震 作 用 对 结 构跨 中竖 向位 移和 桥 墩 轴 力 影 响很 大 ， 于横 桥 向 的 弯矩 和 剪 力 基 竖 对
振 型 描述
竖 弯 横 弯 竖 弯 横 弯
２ 工程 背景
某连续刚构桥 ， 其跨径组合为 （ ５＋１０＋６ ） ｌ主梁为 ６ ０ ５ ｎ，
变 截 面 单 箱 单 室 结 构 ， 梁 上 顶 板 宽 １． 下 底 板 宽 ６ ０ 箱 ０ ０ｍ， ． ｍ， 侧 悬 臂 ２０ｍ， 粱设 纵 向 及 横 向 预 应 力 。 梁 底 为二 次 两 ． 箱 抛 物 线 线 形 ， 梁 结 合 处 梁 高 ６ ５ｎ， 巾及 边 跨 直 线 段 梁 高 墩 ． ｌ 跨 ２ ０ｍ。 下部 结构 采用 钢 筋 混 凝 土 双 薄 壁 式 宇 心 墩 ， 高 ７ ． 墩 ６ １， 面 尺 寸 ２０ ｍ × ． 顺 桥 向壁 厚 ０ ５ｍ， 桥 向壁 厚 １截 １ ． ６ ０ｍ， ． 横 ０ ８ｍ。 主桥 上 部 结 构 采 用 Ｃ ０混 凝 土 ， 部 结 构 采 用 Ｃ ０ ． ５ 下 ４ 混凝 土 。设 计 荷 载 为 ： 车 一２ 汽 ０级 ； 车 一１０级 ； 震 烈 挂 ０ 地 度 ： Ⅶ度 设 防 。 按
表 １ 前 ｌ Ｏ阶 频 率 及 其振 型
在 地 基 节 点 上 利 用 质 量 元 ｍａｓ１建 立 一 个 单 元 质 量 ｓ ２ 点 单 元 ， 这 一 节 点 附 属 很 大 的 质 量 （ 常 为 结 构 总 质 量 的 给 通 １。 ） Ｏ 倍 。进 行 动 力 分 析 时 ， 放 支 座 节 点 相 应 激 励 方 向 的 释 自南度 约 束 ， 然后 在 支 座 激 励 方 向 施 加 很 大 的 力 ， 大 小 为 其 单 元 质 量 与 地 面 加 速 度 的 乘 积 。 此 方 法 的优 点 是 可 以得 到 结 构 的真 实 相 应 位 移 。
致激励作用下 ， 下部 结构 内力 的影 响， 对 得 了 一 些 有 意 义
【 文献标识码 】 Ａ
３ 有 限元模 型 及动 力特 性
３ １ 有 限 元 模 型 的 建 立 ． 采 用 Ａ Ｓ Ｓ空 间 ｊ 维 梁 单 元 （ ｅｍ１８ 模 型 变 截 面 主 ＮＹ ｂａ ８ ） 梁 和桥 墩 。 南 于桥 梁 所 处 的场 地较 好 ， 计 算 时 采 用 墩 底 固 在 结 ， 考 虑 桩 土 相 互 作 用 。主 梁 两 端 限制 其 竖 向位 移 和 横 向 不
工 程 结 构
・
பைடு நூலகம்
基 于 大 质 量 法 地 震 竖 向 作 用 下 连 续 刚 构 桥 地 震 响 应 分 析
贾 志 明 ， 大峰 高
（ 安建 筑科 技大 学结 构工程 与抗 震教 育部 重点 实验 室 ， 西 陕西 西安 ７ ０ ５ ） １０ ５
【 摘 要 】 以 某连续刚构桥为工程背景 ， 通过 有限元软件 Ａ Ｓ Ｓ进行数值 模拟 分析 ， 出了结构 的 自 ＮＹ 求
动力平衡方程 ：
坐 标 轴 约 定 ： 桥 纵 向为 轴 ， 桥 向 横 为 ｙ轴 ， 梁 竖 向 桥 为 ｚ轴 。
３ ２ 动 力特 性 ． 图 １ 全桥模 型
结 构 的 自振 特
［ ］ ｝＋［ ］ ｝＋ ［ ］ ／ ｛ Ｃ ｛ ｛ ｝＝ ｛ ／ ／ Ｐ｝
（） １
本没有影响 ， 对于顺桥 向的弯矩和剪力有一定影响。
【 关键词 】 连 续刚构桥 ； 大质量 法； 竖向地 震作用 ： 时程分析 【 中图分类号 】 Ｕ ４ ． ５ ４２ ５
我 同 在上 世 纪 ８ ０年 代 开 始 设 计 、 造 连 续 刚 构 桥 ， 其 建 以 良好 的 力 学性 能 在 公路 建设 上 得 到 广 泛 应 用 ， 我 国 大 中跨 是 径 桥 梁 的 主要 结 构 形 式 。 地 震 作 ， 往 往 给 桥 梁 造 成 严 重 损 Ｌ ｝ ｊ 坏 ， 此 对 作 为 生 命 线 的 桥 梁 结 构 进 行 抗 震 研 究 具 有 重 要 意 因 义 。地 面运 动 是 复 杂 的 空 间 运 动 ， 加 速 度 既 包 括 水 平 向分 其 量 ， 包 括 竖 向 分 量 。很 多 震 害 的 研 究 表 明 ｊ 大 桥 的 地 震 又 ， 破 坏 主要 由水 平 分 量 的 造 成 ， 是 竖 向 分 量 也 有 很 大 影 响 。 仉 本 文 对 结 构 运 用 大 质 量 法 ， 点 分 析 了 怪 向 地 震 作 用 在 非 一 重