中、下承式拱橋抗震性能分析.pdf

1、橋梁是交通運(yùn)輸系統(tǒng)中的樞紐工程，也是抗震防災(zāi)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，強(qiáng)烈地震中橋梁設(shè)施嚴(yán)重?fù)p壞、倒塌不但會(huì)直接造成巨大的直接經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)切斷當(dāng)?shù)氐慕煌肪€，使震后救災(zāi)工作愈發(fā)困難，次生災(zāi)害不斷加重，所以提高橋梁的抗震性能是減輕地震損失、加強(qiáng)區(qū)域安全的基本措施之一。中、下承式拱橋具有突出的美學(xué)效果，在我國(guó)橋梁工程中得到廣泛應(yīng)用，由于中、下承式拱橋是近期發(fā)展起來(lái)的一種新型橋型，沒(méi)有受到強(qiáng)烈地震檢驗(yàn)，橋梁的抗震性能如何，困惑著橋梁設(shè)計(jì)和

2、管理工作者。本文對(duì)中、下承式拱橋的地震響應(yīng)進(jìn)行研究，所得結(jié)論對(duì)了解中、下承式拱橋的抗震性能具有重要的實(shí)用價(jià)值。 本文以平行式、提籃式和斜靠式3種中、下承式鋼筋混凝土拱橋?yàn)楣こ虒?shí)例，采用有限元程序MIDAS/Civil對(duì)橋梁進(jìn)行仿真計(jì)算，用空間梁?jiǎn)卧M拱肋、系梁、端橫梁、中橫梁和縱梁等構(gòu)件，用板單元模擬橋面板，用只承受拉力的桁架單元模擬吊桿，建立了平行式、提籃式和斜靠式3種中、下承式拱橋的空間有限元計(jì)算模型，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力性能和地

3、震響應(yīng)計(jì)算，比較了3種不同橋型自振特性的特點(diǎn)，得出了3種拱橋在縱向、橫向地震作用下的位移、內(nèi)力最大響應(yīng)值，所得結(jié)果可為該類(lèi)拱橋抗震設(shè)計(jì)和養(yǎng)護(hù)提供參考。本文完成的主要工作和取得的結(jié)論如下： 1.中、下承式鋼筋混凝土拱橋動(dòng)力性能計(jì)算分析結(jié)論： (1) 振型主要有拱肋面外橫向振動(dòng)、結(jié)構(gòu)整體豎向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)3種形式，在高階振型中才出現(xiàn)橋面系的橫向振動(dòng)。 (2) 3種拱橋中斜靠式拱橋的振型比其它兩種拱橋的振型密集，橋面

4、系的面內(nèi)剛度、結(jié)構(gòu)整體豎向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度也比其它兩種拱橋剛度大。 (3) 3種拱橋都是首先出現(xiàn)拱肋的面外橫向振動(dòng)，低階振型均以拱肋面外橫向振動(dòng)為主，拱肋的橫向自振頻率小于豎向自振頻率，拱肋橫向剛度明顯小于豎向剛度。 (4) 斜靠式拱橋的橫向振動(dòng)基頻比平行式拱橋和提籃式拱橋的橫向振動(dòng)基頻大，自振周期最小，第1階振動(dòng)周期為1.616s，說(shuō)明此類(lèi)拱橋?qū)儆谳^柔性結(jié)構(gòu)，在采用振型迭加法計(jì)算橋梁地震響應(yīng)時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮高階振型的影響

5、。 (5) 3種拱橋的豎向振動(dòng)都表現(xiàn)為橋梁結(jié)構(gòu)整體豎向振動(dòng)，這是由于拱肋與系桿梁之間設(shè)有多根吊桿相連，使得拱肋和橋面在豎向出現(xiàn)同步振動(dòng)的特征。 (6) 3種拱橋的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)都出現(xiàn)較晚，這是由于橋梁主拱和橋面系桿梁之間設(shè)有吊桿，端橫梁又與系桿梁組成橋面平面內(nèi)框架體系，使得這種橋型整體扭轉(zhuǎn)剛度較大。 2.中、下承式鋼筋混凝土拱橋抗震時(shí)程計(jì)算分析結(jié)論： (1) 在縱向地震作用下，3種拱橋的縱向位移、豎向位移

6、與橫向位移相比較大，但各個(gè)方向的位移總體都比較小，縱向和豎向位移最大值在1/4跨或其附近出現(xiàn)；3種拱橋?qū)?yīng)位置的縱向、豎向與橫向位移差別較小。 (2)在橫向地震作用下，3種拱橋的位移響應(yīng)以橫向位移為主，橫向位移明顯比縱向和豎向位移大，橫向位移最大值都出現(xiàn)在跨中或者靠近跨中的位置，原因是拱肋的面外剛度較小，橫向地震作用是面外荷載，所以，拱肋的橫向位移較大，計(jì)算結(jié)果符合物理概念。 (3)在縱向地震作用下，3種拱橋拱肋的軸力

7、較大，剪力較小，且橫向剪力比豎向剪力小，拱肋的拱腳處各項(xiàng)內(nèi)力均較大，跨中部位豎向剪力較大，其它各項(xiàng)內(nèi)力較??；橫撐連接處拱肋的橫向和豎向剪力都比較大，這是因?yàn)樵诳缰薪孛嫖恢?，縱向地震作用對(duì)于橋梁縱向來(lái)說(shuō)相當(dāng)于施加水平反對(duì)稱荷載，對(duì)稱性內(nèi)力的響應(yīng)比較小，反對(duì)稱的內(nèi)力響應(yīng)比較大，計(jì)算結(jié)果符合物理概念；拱腳處和拱頂橫撐連接處為結(jié)構(gòu)受力最不利位置。 (4)在橫向地震作用下，3種拱橋的內(nèi)力與在縱向地震作用下的內(nèi)力相比，橫向剪力和面外彎矩有明

8、顯的增加，軸力和面內(nèi)彎矩變化不大，但各項(xiàng)內(nèi)力仍然是在拱腳部位較大，橫撐連接處拱肋各項(xiàng)內(nèi)力都有不同程度的增加，說(shuō)明拱腳處和拱頂橫撐連接處在橫向地震作用下受力復(fù)雜，是結(jié)構(gòu)受力最不利位置。 (5)在Elcentro地震波和Taft地震波作用下，3種拱橋的地震響應(yīng)均有不同程度的變化，前者作用比后者作用時(shí)的地震響應(yīng)大，說(shuō)明地震波的頻譜特性對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)有一定的影響。 (6)3種橋型的主拱拱腳和拱頂橫撐處的內(nèi)力或應(yīng)力絕對(duì)值較大