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大跨度钢混组合拱桥地震反应分析

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  摘要:在研究大跨度结构的地震反应时,地震波的行波效应是有必要考虑的因素。本文针对一种特殊的钢混组合拱桥进行了地震反应的研究,使用大型通用有限元软件sap2000建立模型;在一致激励的状态下,进行了考虑恒载起点的Ρ-Δ效应和几何非线性时程分析;基于多点激振理论和相对位移法,采用七种不同的时差对结构进行了在行波效应下的地震反应分析,然后通过对比研究可知行波效应对结构地震反应有很大程度的影响。
  关键词:大跨度钢混组合拱桥;非线性时程分析;行波效应;sap2000;
  
  中图分类号:K928文献标识码: A
  
  0 引言
  目前,国内外对行波效应的研究已经做了很多的工作,特别是对于大跨径斜拉桥的研究已经非常深入,但是对大跨径拱桥在行波效应下的地震反应所做的研究还很少。本文旨在研究行波效应对此种特殊桥型的抗震性能会产生多大的影响以及在不同时差作用下其内力曲线的变化规律。采用sap2000建立了计算模型,对其在地震作用下特别是考虑行波效应的地震作用下的结构响应进行分析。
  1计算原理
  不同位置的地震动必定有一定的差异。对于大跨径的桥梁来说,地震波沿桥梁纵向传播必定会导致各个支承点接受到的地震波有一定的时间差,在计算中表现为各个支承点所输入地震时程的相位差,此类现象称之为行波效应。通常考虑行波效应时我们会采用两种方法,即大质量法和相对位移法,本文采用相对位移法来考虑结构的行波效应。
  2工程概况
  本桥设计参考万县长江大桥,全桥跨度高达420m,跨比为1/5,拱轴系数m=2.169。主拱圈分为混凝土区段和钢区段两个区段,分段点位置为1/4截面,即x=105m处。拱肋采用单箱三室的箱型截面形式,其中混凝土区段箱高5m,宽16m,材料采用C60高强混凝土,其中边腹板宽度为0.3m,中腹板宽0.2m,顶底板厚度0.3m。钢箱梁高5m,宽16m,材料使用Q345钢材,其中边腹板宽0.025m,中腹板宽0.015m,顶底板厚度为0.025m。
  3地震响应计算
  结构阻尼采用瑞利阻尼,阻尼比0.05。使用适用于二类场地的El-centro地震波进行非线性时程分析。地震波输入x、y、z三个方向进行计算,横桥向(y方向)峰值加速度调整为0.2g,竖向(z方向)峰值加速度调整为0.12g,持续时间20s,间隔0.02s。转化为位移波后在sap2000中输入,因结构纵桥向的跨度较大,故计算行波效应时只考虑了纵桥向的行波效应,横桥向和竖向采用一致激励模型。
  对该桥分别使用一致激励和非一致激励进行计算分析,其中一致激励采用0相位差的相对位移法。在考虑行波效应进行非线性时程分析时考虑了0.2s、0.5s、1s、1.5s、2s、2.5s和3s一共7种时差进行计算。
  4 小结
  [1]通过计算,可以看出在计算类似大跨径桥梁在地震作用下的反应时,行波效应都是必须考虑的因素。
  [2]行波效应对桥梁纵向位移与拱圈轴力的影响是最大的,其次是竖向的位移和弯矩,其中对轴力的影响最大可以达到1.2倍的增幅;对竖向弯矩Mz的影响最大可以达到1.5倍的增幅。
  [3]地震波的传播速度也是影响行波效应作用下桥梁地震反应的重要因素,在波速较快的时候,行波效应产生的影响明显较波速较慢时小。
  [4]随着波速的减小,拱圈各截面内力位移曲线表现出了不同的规律,比如拱脚顶截面的轴力峰值就近似于一条单调上升的曲线;而拱脚截面的轴力则表现出了明显的先上升后下降的趋势。以上说明了在今后的关于行波效应的研究中,地震波波速是很重要的影响因素。在做类似桥型的设计时,也应该针对当地地震资料中关于波速的描述考虑行波效应。
   参考文献
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