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        連續(xù)剛構(gòu)橋的抗震模擬與研究

        2018-09-05 06:58:44
        四川水泥 2018年8期
        關鍵詞:順橋橫橋剛構(gòu)橋

        (福建船政交通職業(yè)學院, 福建 福州 350004)

        地震是地球地殼急劇破裂,將內(nèi)部的能量迅速釋放出來,進而引起地面的的振動以及伴生的地面裂縫和變形。隨著科技的發(fā)展,橋梁建造工藝水平的不斷提高,技術(shù)力量大幅進步,建造連續(xù)剛構(gòu)橋的橋墩高度也成為技術(shù)突破的重心。連續(xù)剛構(gòu)橋的受力狀態(tài)和結(jié)構(gòu)安全性成為橋梁建造行業(yè)的重要目標[1]。

        1 連續(xù)剛構(gòu)橋的特點

        連續(xù)剛構(gòu)橋的墩梁之間相互固結(jié),是我國最常見的梁橋,其固結(jié)方式主要是在主梁和橋墩墩頂之間進行。由于連續(xù)剛構(gòu)橋這種獨特的結(jié)構(gòu)方法,所產(chǎn)生的受荷載作用會減小跨中正向彎矩,同時會減少對應的上部結(jié)構(gòu)所需的混凝土需求,進一步把將橋梁變成變截面。

        預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋是指在預先張拉橋梁梁體中的預埋預應力鋼束或鋼筋,屬于連續(xù)梁橋的一種[2]。這種設計方式會使橋跨越能力增大,降低了橋梁的施工難度,降低建造成本,同時橋梁的養(yǎng)護難度大大降低,行車更為順暢。

        在連續(xù)剛構(gòu)體系中,橋梁本身結(jié)構(gòu)受力較為的復雜,一方面彎矩和剪力對梁進行作用,另一方面彎矩和剪力也會對橋墩產(chǎn)生較大的影響[3]?,F(xiàn)有技術(shù)一般會通過使用柔性墩的方式,以降低荷載對橋梁整體結(jié)構(gòu)的沖擊,同時對橋梁各部分的位移設定一定的范圍,允許范圍內(nèi)的位移出現(xiàn),使得對橋梁結(jié)構(gòu)的受力分析更加合理。

        2 橋梁自振模態(tài)分析

        采用 Midas/civil有限元分析軟件進行分析是現(xiàn)有結(jié)構(gòu)工程分析比較認可的分析方式,本文建立連續(xù)剛構(gòu)橋的有限元分析模型并對其進行抗震分析,在建立橋梁抗震分析模型時;

        在 Midas/civil分析過程中一般對連續(xù)剛構(gòu)橋采用梁單元的方式,這種分析方式可以能夠準確的模擬結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、剛度、預應力和邊界約束,反映出結(jié)構(gòu)真實受力狀態(tài),使得分析結(jié)果對現(xiàn)實受力情況進行真實的還原,確保模擬結(jié)果的準確。

        有限元模型的建立,邊跨約束采用一般支承,墩梁連接采用剛性連接,墩底為一般支承里的固接。模型荷載包括:自重、二期荷載和預應力。為了便于分析,分別將主梁邊跨、中跨的中部和根部從左至右編號為1—7;橋墩從左至右編號為1#、2#墩。

        在模擬分析過程中,采用多重Rite向量法對橋梁結(jié)構(gòu)自振模態(tài)進行分析,通過設置10階振型數(shù)量,每一步中分析迭代次數(shù)為20次,子空間大小為1,收斂誤差為1E-10。使用有限元軟件對模型及受力方式進行計算,對橋梁結(jié)構(gòu)的10階振型周期、頻率和振型表現(xiàn)形式結(jié)果進行統(tǒng)計,統(tǒng)計結(jié)果見表1。

        表1 橋梁自振頻率

        從上表可以發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的第一階和第二階振型都表現(xiàn)在橫橋向,分別為一階正對稱和二階反對稱;第三階振型表現(xiàn)為縱向二階反對稱漂移,對順橋向質(zhì)量提升有明顯影響;橋梁結(jié)構(gòu)的自振周期為 5.47s,在 10階振型中,橋梁結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)形式以側(cè)彎為主,說明該橋梁豎向剛度較強。

        3 橋墩地震響應分析

        為分析橋墩在地震過程中的地震動力響應,對地震作用下橋梁結(jié)構(gòu)中各截面的內(nèi)力和位移反應情況進行分析,采用恒載(自重+二期荷載+預應力)與最不利荷載組合(地震作用+恒載)進行比較。將1#、2#橋墩墩底墩頂和7個主梁截面作為分析對象,對其對應位置和受力狀態(tài)進行了定義。

        表2 墩底內(nèi)力

        表3 墩底位移

        表 2為橋墩墩底在自重、二期荷載、預應力與地震作用組合下的內(nèi)力值,可以分析得到:橋墩墩底在地震作用與恒載作用下軸力比恒載作用下小了8.85%;剪力Fy和彎矩Mx由于橫橋向地震的輸入增漲趨勢明顯增加,橫橋向的剪力受地震作用的影響要小于順橋向。

        表3列出了橋墩墩頂位移數(shù)值,在恒載作用下1#橋墩墩頂位移的偏移傾向于x軸的正向,2#墩頂位移則與1#相反,向x軸的負方向進行偏移,這一結(jié)果表明橋墩傾向內(nèi)側(cè);同時對地震作用與自重、二期荷載、預應力作用分析,兩個橋墩的側(cè)向位移都傾向x、y軸的正向,順橋向和豎橋向位移絕對值小于橫橋向,說明該橋的順橋向和豎橋向的剛度較強與橫橋向,地震發(fā)生時受影響的程度較小。

        4 模擬分析及討論

        模擬分析中對橋梁結(jié)構(gòu)使用多重Ritz向量法進行了自振模態(tài)分析,從模擬結(jié)果可以得出,在橋的10階振型中,橋梁結(jié)構(gòu)以側(cè)彎為主,這一結(jié)果可以解釋為豎橋向剛度較其他方向大,具體表現(xiàn)為該橋橋梁的橫向剛度較弱,同時豎橋向較水平方向振型增長速度較慢,振型出現(xiàn)次數(shù)不高。

        通過模擬,比較分析了橋墩在自重、二期荷載、預應力與地震作用下墩底內(nèi)力和墩頂位移,對模擬的結(jié)果分析得到,在地震荷載作用下,地震對墩底截面水平向效應大于順橋向,順橋向小于橫橋向,豎橋向荷載主要由自重、二期荷載和預應力提供;墩頂位移的偏移傾向于 x軸的正向,而順橋向和豎橋向位移絕對值小于橫橋向,說明該橋的順橋向和豎橋向的剛度較強與橫橋向,地震發(fā)生時受影響的程度較小。

        [1]王振宇. 基于PUSH-OVER分析方法的混凝土曲線梁橋抗震性能分析[D].長安大學,2011.

        [2]王立榮.大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋地震反應分析[J].建設科技,2015(23):98-99.

        [3]羅方颶. 預應力型鋼混凝土梁施工期結(jié)構(gòu)性能研究[D].重慶大學,2016.

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