:连续刚构桥抗震性能的评估
本文关键词:基于PUSH-OVER分析的桥梁抗震能力评估方法研究,由笔耕文化传播整理发布。
摘要 本文结合工程实例选取了一座连续刚构桥运用能力谱方法评估了其设防烈度和桥址场地条件下的抗震性能,并分析了不同地震烈度和不同场地条件对桥梁抗震性能的影响。通过研究我们得出,该桥在其设防烈度和桥址场地条件下都具有很好的抗震性能;地震烈度越大,其抗震需求也越大,性能点的位移也越来越大;场地条件越差,地震反应越大,而且变化范围也比较大,性能点位移增大得较快,抗震能力下降较快。
关键词:桥梁结构 抗震性能 评估 兰新线
一、算例分析
1.算例描述。本文选取兰州至乌鲁木齐第二双线八盘峡黄河特大桥为例,这座桥是连续刚构桥,边支座中心至梁端距离为1m,计算跨度为(70+2×100+70)m,墩高;10#墩24m、9#墩25m、8#墩24m,主桥采用直腹板单箱单室箱型截面,梁体下缘按圆曲线变化。箱梁跨中梁高4.85m,支点梁高7.85m。主梁顶宽12.2m,顶板厚0.4m,底宽6.7m(中支点处局部加宽),底板厚0.4m~1.2m;腹板厚分为0.6m~1.0m。主梁共设7道横隔板,边支点横隔板厚2.0m,中支点横隔板厚3.5m,中跨跨中横隔板厚0.8m。主梁0号块梁段长14m,中、边跨合拢段长2m,边跨直线段梁长18.9m。除0号块及边跨直线段梁在支架上施工外,每墩挂篮悬臂浇筑施工梁段为2×13个;设计活载:ZK活载。主梁采用C50混凝土,墩身采用C40混凝土,该桥的地震基本烈度为8度,Ⅱ类场地土条件。
2.有限元计算模型的建立。采用MIDAS/Civil2010计算软件建立全桥有限元基本模型,全桥总共122个节点,划分121个单元,其中桥面单元有104个,桥墩单元有17个,桥墩和主梁采用刚性连接,墩底固结。
(1)特征值分析。利用MIDAS/Civil2010有限元计算软件对桥梁结构进行动力分析之前,首先要对结构进行特征值分析,通过特征值分析得到结构的各阶振型形状。采用的方法是子空间迭代法,计算提取了该桥前六阶振型。
计算提取的八盘峡黄河特大桥前六阶振型的累加振型质量参与系数为96.98%已经大于了桥梁结构本身总质量的90%,说明所选取的前六阶振型已经满足了规范要求与评估的需要。
3.运用能力谱方法评估桥梁横桥向抗震能力。对全桥进行静力弹塑性分析时,由于纵桥向与横桥向两个方向的差异,所以应该分别对这两个方向进行分析。在对横桥向推倒分析中,确定横桥向的加载模式是非常关键的。由于桥墩高度的变化与结构体系的不同,这样就会导致上部结构各个节点横向位移不同。在进行全桥模式推倒分析中的性能点不是随意选取的,一般选取桥梁结构位移最大的点。对本桥进行横桥向推倒分析时,每一个桥墩墩顶处所施加的水平荷载是不一样的,并且通常中间桥墩墩顶位移值最大,因而把性能点设置在中间桥墩墩顶处。本桥采用的加载模式是底部剪力法。对各个桥墩墩顶处施加集中荷载后,就可以得到基底剪力与顶点位移的能力曲线。然后把能力曲线转换成为能力谱曲线。把规范设计反应谱转换成为弹性需求谱,然后将弹性需求谱曲线和能力谱曲线画在同一个图上,运用ATC-40中的B方法鉴定刚构桥梁的弹塑性抗震能力。本节只评估该桥的设防烈度与桥址场地类型(8度地震Ⅱ类场地)条件下的抗震性能。
依据相关规范选择反应谱,设计地震分组为2,场地类别为Ⅱ类,地震影响为多遇地震;在地震烈度为8度下得到结构横桥向的能力谱曲线比需求谱曲线。
根据数据分析,该桥在其场地类型与地震设防烈度条件下横桥向的抗震能是足够的,能力谱与需求谱曲线的交点处于塑性范围内,说明在该地震作用下,此时该桥已经进入塑性阶段。
4.运用能力谱方法评估桥梁纵桥向抗震能力。对纵桥向进行推倒分析时,由于节点重量主要集中在上部结构并且纵桥向上部结构刚度非常大,纵向位移非常一致,因此对上部结构各节点采用施加一致位移的加载模式,对纵桥向进行时程分析,发现10#墩所受剪力最大,因而将集中力加在10#墩墩顶上。
依据相关规范选择反应谱,设计地震分组为2,场地类别为Ⅱ类,地震影响为多遇地震;在地震烈度为8度下得到结构纵桥向的能力谱曲线比需求谱曲线;同时列出了在一致位移的加载模式下结构的反应和抗震能力。
根据资料数据分析,该桥在其场地类型与地震设防烈度条件下纵桥向的抗震能是足够的,能力谱与需求谱曲线的交点处于塑性范围内,说明在该地震作用下,此时该桥已经进入塑性阶段。
5.不同的地震烈度对桥梁抗震能力的影响分析。为了研究该连续刚构桥在特定的场地条件下地震烈度的变化对该桥抗震能力的影响,分别计算了纵桥向与横桥向在Ⅱ类场地的条件下7、8、9度时两个方向的地震反应与抗震能力。
(1)横桥向:依据相关规范选择反应谱,设计地震分组为2,场地类别为Ⅱ类,地震影响为多遇地震;在地震烈度为7度、8度、9度下得到结构横桥向的能力谱曲线比需求谱曲线。根据数据分析,在Ⅱ类场地下地震烈度由7度逐渐变大到9度时,性能点的位移是越来越大,结构的能力谱与需求谱曲线的交点也由弹性阶段进入到了塑性范围内,连续刚构桥在7、8、9度地震时的抗震是足够的。
(2)纵桥向:依据相关规范选择反应谱,设计地震分组为2,场地类别为Ⅱ类,地震影响为多遇地震;在地震烈度为7度、8度、9度下得到结构纵桥向的能力谱曲线比需求谱曲线。
根据数据分析,在Ⅱ类场地下地震烈度由7度逐渐变大到9度时,性能点的位移是越来越大,结构的能力谱与需求谱曲线的交点一直在塑性范围内,连续刚构桥在7、8、9度地震时的抗震是足够的。
6.不同的场地对桥梁抗震能力的影响分析。为了研究在地震烈度一定的条件下场地的变化对连续刚构桥抗震能力的影响,分别计算了纵桥向与横桥向在8度的地震烈度下的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类场地条件下的地震反应与抗震能力。
(1)横桥向:依据相关规范选择反应谱,设计地震分组为2,地震烈度为8度,地震影响为多遇地震;在场地类别为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类下得到结构横桥向的能力谱曲线比需求谱曲线。根据数据分析,在8度地震烈度下场地由Ⅰ类逐渐变为Ⅳ类时,地震反应越来越大,抗震性能下降得比较显著,,性能点的位移是越来越大,连续刚构桥在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类场地条件下的抗震是足够的。
(2)纵桥向:依据相关规范选择反应谱,设计地震分组为2,地震烈度为8度,地震影响为多遇地震;在场地类别为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类下得到结构纵桥向的能力谱曲线比需求谱曲线。根据数据分析,在8度地震烈度下场地由Ⅰ类逐渐变为Ⅳ类时,地震反应越来越大,抗震性能下降得比较显著,性能点的位移是越来越大,连续刚构桥在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类场地条件下的抗震是足够的。
二、总结
现阶段桥梁抗震能力鉴定的方法有许多,每一种方法都有各自的特点,但都有其局限性的一面。本文重点介绍了能力谱方法并对该方法进行了系统的研究分析。能力谱方法所要面临的主要问题是通过需求曲线与能力谱曲线的叠加来确定结构的特征反应点。但是,目前能力谱方法还存在一些弊端有待改进。由于连续刚构桥的优点,在实际的桥梁工程中其桥型被广泛的采用。本文结合实际,对静力弹塑性分析方法进行了比全面的概述,并将其运用到连续刚构桥的抗震性能评估中。
本文选取了兰新线上的八盘峡黄河特大桥为工程实例,运用ATC-40中的能力谱方法评估了其在全桥模型下的抗震性能,通过分析发现该桥在设防烈度和桥址条件下都具有良好的抗震性能。比较了在场地条件一定时地震烈度的变化对桥梁结构抗震性能的影响,通过分析发现地震烈度越大,其抗震需求也越来越大,性能点的位移也在不断的变大,地震的反应也由弹性状态进入到塑性状态;比较了在设防烈度一定时场地的变化对桥梁结构抗震性能的影响,通过分析发现场地条件越差,地震的反应也越大,并且变化的范围也比较大,性能点的位移在不断的变大,抗震能力下降得比较快。
参考文献
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文/唐占峰
本文关键词:基于PUSH-OVER分析的桥梁抗震能力评估方法研究,由笔耕文化传播整理发布。
本文编号:244159
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