连续梁桥抗震问题的探讨

连续梁桥抗震问题的探讨

1设计原则及原则不同中国位于太平洋地震带和亚欧地震带之间，是一个经常发生地震的国家。桥梁作为生命线工程,在抗震救灾和灾后重建中肩负着举足轻重的作用。因此,抗震设计成为桥梁设计的重要环节,应仔细研究、精心设计。连续梁桥以其合理的受力性能和良好的行车舒适性等优点,在公路桥梁建设中得到了较为广泛的应用。随着《公路桥梁抗震细则》(以下简称《细则》)的颁布,在地震烈度等于或大于7度的地区修建连续梁桥,抗震问题尤为突出。对于连续梁桥的抗震设计,《细则》指出了两种方法:延性设计和减隔震设计。采用延性设计,通常会不可避免地造成结构构件的损伤;而采用减隔震设计,在有效减小结构地震响应的同时,可避免结构构件的损伤。由于减隔震装置的多样性以及减隔震设计的复杂性,《细则》仅给出了设计原则。作为对《细则》中减隔震设计一章的补充,本文研究了弹塑性阻尼器在连续梁桥抗震设计中的应用。2减隔震装置的基本功能减隔震的本质和目的就是将结构与可能引起破坏的地面运动尽可能分离开来。要达到这个目的,可通过延长结构的基本周期,避开地震能量集中的范围,从而降低结构的地震响应。但通过延长结构周期以降低结构的地震响应,必然伴随着结构位移的增大,从而可能造成设计上的困难。此外,由于结构较柔,在正常使用荷载作用下结构可能发生有害振动。为了控制过大变形,可通过在结构中引入阻尼装置,从而降低结构的位移。此外,增加结构的阻尼还可以同时降低结构的动力加速度,从而进一步降低结构的地震响应。综上所述,桥梁的减隔震装置应满足三个基本功能:①一定的柔度(柔性支承),用来延长结构周期,降低结构的地震响应;②耗能能力(阻尼、耗能装置),用来降低支承面处的相对变形,以便使位移在设计允许的范围内;③一定的刚度、屈服力,保证结构在正常使用荷载下(如风、制动力等)不发生屈服和有害振动。目前应用于桥梁抗震设计的减隔震装置主要有阻尼器和减隔震支座等,本文研究了弹塑性阻尼器在连续梁桥抗震设计中的应用。3主梁结构的三维有限元模型以某跨径组合为55+90+55=200m的连续梁桥为例,进行抗震分析。采用SAP2000有限元计算分析程序,根据桥梁结构的总体构造布置,建立结构动力特性和地震反应分析的三维有限元模型(见图1)。在模型中,主梁、桥墩和桩基均离散为空间梁单元;承台模拟为质点,与墩底节点和桩顶节点均采用主从约束;考虑土体(包括岩石)对桩基的作用:土体用弹簧模拟,忽略阻尼和刚度特性的影响,其中弹簧刚度依据“m法”取值。4改连续梁桥动力特性分析桥梁动力特性分析是研究桥梁振动问题的基础,为了计算地震作用下的结构的动力响应,必须首先计算桥梁结构的动力特性。根据建立的动力分析模型,对改连续梁桥进行了动力特性分析。表1列出了结构的前10阶频率和周期。其中第2阶振型为主梁纵飘,对固定墩墩底内力贡献最大;第3阶、第4阶振型为主梁横向振动桥墩横弯,对各墩墩底内力贡献最大。5地表加速度时程本桥采用两水平设防、两阶段设计的理念,图给出了50年超越概率2%地震烈度下的三条地表加速度时程曲线。分析时,仅以纵向+竖向输入时、50年超越概率2%为例研究弹塑性阻尼器的抗震性能。6地震响应分析根据计算模型及地震动输入,应用非线性动力时程方法进行地震响应分析,研究该连续梁桥的抗震性能。6.1截面屈服弯矩表2为未设置弹塑性阻尼器时,各控制截面的地震内力计算与屈服弯矩验算结果。其中,截面屈服弯矩采用有限元方法求得(见图4)。可以看出,未设置弹塑性阻尼器时,固定墩底的地震弯矩大于截面的屈服弯矩,不满足规范要求,因此必须采取相应措施以减小地震内力。6.2设置弹塑性阻尼器本文拟在连续梁桥两端设置弹塑性阻尼器,弹塑性阻尼器的荷载—位移本构关系为:F={kχ‚χ≤χsFs+αk(χ−χs)‚χ＞χsF={kχ‚χ≤χsFs+αk(χ-χs)‚χ＞χs式中k为初始刚度、χs为屈服位移、Fs=kχs为屈服力、α为屈后硬化比。图3为设置弹塑性阻尼器后的参数分析结果,本文采用屈服力为480kN的弹塑性阻尼器。表3为设置弹塑性阻尼器时,各控制截面的地震内力计算与屈服弯矩验算结果。其中,截面屈服弯矩采用有限元方法求得。可以看出,设置弹塑性阻尼器后,固定墩底的地震弯矩有效减小,小于截面的屈服弯矩,满足规范要求。2号过渡墩墩底弯矩从293982kN×m减小到214389kN×m,减小了27%。7减隔震设计技术以减隔震原理为背景,从提高连续梁桥的抗震性能出发可以得到以下结论:(1)采用延性设计,通常会不可避免地造成结构构件的损伤;而采用减隔震设计,在有效减小结构地震