潘從貴

（武漢南四環(huán)線高速公路建設(shè)管理有限公司，湖北 武漢 430000）

斜拉橋抗震結(jié)構(gòu)性能分析與仿真

潘從貴

（武漢南四環(huán)線高速公路建設(shè)管理有限公司，湖北 武漢 430000）

當(dāng)前我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)規(guī)模在不斷地?cái)U(kuò)大，斜拉橋憑借其獨(dú)特大氣美觀的外觀，成為城鎮(zhèn)化建設(shè)中不二的選擇。為了確保斜拉橋的抗震穩(wěn)定性，本文結(jié)合工程實(shí)例針對(duì)斜拉橋抗震設(shè)計(jì)思想及設(shè)防準(zhǔn)則等方面對(duì)斜拉橋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能分析與仿真，以期確保斜拉橋的結(jié)構(gòu)安全。

斜拉橋；抗震結(jié)構(gòu)；性能分析；仿真

1.抗震概念設(shè)計(jì)及斜拉橋概念設(shè)計(jì)思想

我國(guó)四川發(fā)生地震的頻率高，所以一般建筑都需要設(shè)置抗震等級(jí)，使其在發(fā)生地震時(shí)不遭受破壞，能夠正常使用，同時(shí)保證人員的安全。因此為了進(jìn)一步確保建筑的抗震質(zhì)量，“抗震概念設(shè)計(jì)”這一理念應(yīng)運(yùn)而生，而斜拉橋正是該設(shè)計(jì)理念的一個(gè)分支，接下來(lái)筆者對(duì)其發(fā)展現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)思想進(jìn)行詳述。

1.1 抗震概念設(shè)計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀

由于地震對(duì)建筑物的危害大，因此需要我們對(duì)于這種自然災(zāi)害進(jìn)行研究分析，并且其研究工作早在20世紀(jì)就進(jìn)行了，而抗震設(shè)計(jì)的概念也在這時(shí)產(chǎn)生。目前在建筑施工領(lǐng)域內(nèi)，用來(lái)減少地震危害的方法主要有兩種，一種方式是對(duì)斜拉橋進(jìn)行減小，或者是進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)，另一種方式就是提高建筑物的延展性。然而針對(duì)本文研究的工程，以上兩種方式均不適用，我們采取的方式是限制其在縱向上位移的關(guān)鍵技術(shù)。

1.2 斜拉橋的抗震概念設(shè)計(jì)思想

斜拉橋不僅會(huì)受到靜力荷載，還會(huì)遭受動(dòng)力荷載，并且其建筑周期通常會(huì)超過了一般建筑物，而這就需要我們對(duì)其抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行更深層次地探討，圖1是其反應(yīng)譜曲線。

由圖1可以看出，我們需要在斜拉橋施工過程中，找到一個(gè)既能使加速度滿足要求，又能使位移滿足要求的周期。

2.工程項(xiàng)目概況

此斜拉橋項(xiàng)目位于四川省成都市二環(huán)路，采用的是漂浮斜拉橋結(jié)構(gòu)，全長(zhǎng)120m，高28m。該項(xiàng)目的完成減輕了二環(huán)路車輛擁擠的現(xiàn)象，對(duì)緩解成都交通壓力起到了至關(guān)重要的作用，這就需要我們?cè)跐M足抗震等級(jí)的情況下盡量使得斜拉橋在造價(jià)方面更加經(jīng)濟(jì)。

2.1 全橋空間有限元模型

為了確保斜拉橋的質(zhì)量，我們需要對(duì)斜拉橋進(jìn)行仿真模擬，這樣就可以更加確保其施工質(zhì)量。對(duì)斜拉橋的模擬過程采用了有限元模型及MIDAS軟件。首先應(yīng)該確定斜拉橋的坐標(biāo)，在此模擬中，X軸是橋長(zhǎng)方向，Y軸是橋?qū)挿较颍琙軸是橋的高度方向，然后在軟件中輸入與該橋有關(guān)的相關(guān)參數(shù)，就可以進(jìn)行模擬了，其模擬出來(lái)的效果圖如圖2所示。

2.2 自由振動(dòng)特性分析

由于地震屬于動(dòng)荷載力量，因此我們?yōu)榱烁釉攲?shí)地了解地震對(duì)橋的影響，應(yīng)該對(duì)橋在動(dòng)力方面的特性進(jìn)行研究分析。對(duì)此，筆者模擬了兩個(gè)效果圖，一種是考慮了活動(dòng)支座的影響，另一種是沒有考慮其他影響因素，接著分別分析了其在不同周期的情況下的震動(dòng)情況，圖3、圖4、圖5分別為模型模擬過程中關(guān)于震動(dòng)情況的效果圖。

通過分析效果圖，可以看出模型1中，此橋在沿高度方向的剛度并沒有沿長(zhǎng)度方向的剛度大；沿橋的寬度方向剛度較大，其可以對(duì)地震產(chǎn)生的危害產(chǎn)生明顯的抵抗作用，同時(shí)根據(jù)模型2的效果可以看出，沿此方向的剛度是大于沿橋高度方向剛度的。

表1　坐標(biāo)系的不同參與情況

表2　位移受力情況統(tǒng)計(jì)表

3.反應(yīng)譜分析

3.1 反應(yīng)譜輸入

通過反應(yīng)譜輸入方法分析地震對(duì)橋的影響是一種行之有效的方式，因?yàn)榇朔N方法不僅考慮了研究物體在地震時(shí)自身的一些動(dòng)態(tài)變化，還可以真實(shí)地模擬了地震時(shí)橋基礎(chǔ)上的震動(dòng)情況，使此軟件的模擬更加真實(shí)。表1為橋梁震動(dòng)中，其坐標(biāo)系3個(gè)方向各自的參與情況：

從模擬出來(lái)的輸入譜與歸納出來(lái)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析研究可以得出，此次模擬的效果圖是符合抗震要求的。

3.2 計(jì)算結(jié)果分析

針對(duì)考慮支座影響的模型一，我們應(yīng)該重點(diǎn)看地震影響最大的部位，對(duì)于其來(lái)說就是自身支撐作用的橋墩以及兩側(cè)橋底部的地方。表2是此次模擬出來(lái)的關(guān)鍵作用部位的位移所受力的情況：

從表2我們可以看出，橋梁自身抗震阻抗力是小于其所受的荷載的，所以需要附加其他的力以確保不產(chǎn)生位移。所以在研究分析過程中，我們應(yīng)該考慮橋梁在寬度方向也保持足夠的剛度。通過對(duì)比考慮支座影響的模型一與不考慮支座影響的模型二的計(jì)算結(jié)果可以看出來(lái)：當(dāng)模型一與模型二同時(shí)遭受地震的影響時(shí)，模型一會(huì)產(chǎn)生比模型二的反應(yīng)加速度要大；對(duì)考慮支座影響的模型一會(huì)增加橋梁沿長(zhǎng)度方向的剛度問題，它將會(huì)首先產(chǎn)生一個(gè)彎曲的現(xiàn)象，而不去考慮支座影響的模型二，剛度的大小與模型一是不同的，因此可以看出，剛度大小主要取決于主塔的剛度，并且其沿長(zhǎng)度方向的剛度沒有沿寬度方向和高度方向的剛度大；從前面的分析可知，在考慮支座影響時(shí)，支座與接觸體之間會(huì)發(fā)生相對(duì)位移，而真實(shí)的情況是固定不動(dòng)的。所以在選擇模擬的時(shí)候，我們應(yīng)該采取不考慮支座影響的模型，而是盡量去找到一種切實(shí)可行的抗震結(jié)構(gòu)體系。

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