转体构桥地震响应分析

转体构桥地震响应分析

地震是一个随机的过程。不可能使用准确的地震参数来计算。在此基础上，我们发展了两种基于桥梁地震响应分析的地震算法理论：一是将地震运动视为确定过程的确定地震反应分析，另一是基于地形振动随机过程的概率地震反应分析。第二种地震反应理论还不够成熟,目前世界很多国家在桥梁抗震设计规范中采用的是确定性地震反应分析方法。1结构物的动力特性问题自从汶川地震后,我国颁布了《公路桥梁抗震设计细则》,对公路桥梁抗震设计方法进一步完善。现阶段常用的桥梁抗震设计方法主要有:静力分析法、反应谱分析法、动力时程分析法。本项目若选择静力法进行计算,需要把惯性力作为一个静力施加于结构,也就是把结构物的各个部分和地震动作为整体进行分析。惯性力的计算公式为:式中:M—结构物各部分重量;静力法计算简单,概念清楚,把地震加速度看做是结构破坏的唯一因素,但是忽略了结构的动力特性,因此具有较大的局限性。当结构物的基本固有周期比地面运动基本周期小很多时,结构物在地震发生时产生的变形可以忽略不计,这种情况下可以将结构物看做刚体,静力理论才成立,如果结构物不能看成刚体,静力法就不适用。当前设计人员还是习惯用反应谱法和时程分析法。反应谱法是对不同跨度桥梁进行抗震分析最基本的方法。此法的基本原理是:当地震的卓越频率和结构的固有频率相一致时,结构物的动力反应就会变大。不同周期单自由度振子在某一地震记录激励下,可得到体系周期与绝对加速度、相对速度和相对位移的最大反应量之间的关系曲线,即加速度反应谱、速度反应谱和位移反应谱。选用时程分析法的优点是,只要正确选择地震动主要参数,且所选用的地震波基本符合这些主要参数,时程分析法就可以在一定程度上给出未来地震作用下结构反应。该法对于线性荷载、简谐荷载或用简单解析式表达的荷载激励下线性结构的响应能够得到具有计算机精度的数值。由于地震加速度记录中两个离散时刻之间的加速度值一般假设为线性变化,因此采用精细时程积分求解是非常有利的。本文选取时程分析法侧重点放在结构阻尼选取的对比上。2转体平台t型为减少上部结构施工对铁路行车安全的影响,确定采用平衡转体的施工技术。即先在铁路一侧浇筑梁体,然后通过转体使主梁就位、调整梁体线形、封固球铰转动体系的上、下盘,最后浇筑合拢段,使全桥贯通。T构为2×68m预应力混凝土T型刚构,全长136m,墩高32m。单幅桥面宽17m,转体T构上部结构采用单箱双室箱型截面,在墩底与承台间设置水平转盘。转体长为62m+62m,下部结构主桥转体墩下接转体平台,转体平台支撑在承台上,钻孔灌注桩基础。转盘结构采用环道与中心支承相结合的球铰转动体系。2.1结构自身固有性质动力特性分析是抗震分析的基础,因此动力特性分析的准确性对抗震分析的精度有着很大的影响。结构的动力特性主要包括频率、振型和阻尼等。它由结构自身固有性质所决定,如结构的组成体系、刚度、刚度分布、质量、质量分布以及边界条件等。采用MIDAS软件建立有限元模型,T构分为70个单元,箱梁和桥墩均采用梁单元,用PSC截面建立,模型如图1,并对转体T构进行动力特性分析,得出了不考虑桩土效应情况下的自振频率与振型,取前3阶模态的振型和周期,前3阶模态的周期为0.58s、0.35s、0.28s,前3阶模态的震型图如图2、图3、图4。2.2地震波的选择结构阻尼的选取:结构阻尼是通过模态阻尼比来定义的,它是该阶模态阻尼与其临界阻尼的比值。一般情况下,取各阶模态阻尼比相同,混凝土梁桥、拱桥阻尼比不宜大于5%,斜拉桥不宜大于3%。本文使用直接积分法进行线性时程分析,输入各阶模态阻尼比为5%。地震波的选择:选用过去典型的强震记录,选用1940,E1CentoSite,270Deg,如图5,在X、Y方向取相同地震波输入。在纵向地震作用下,X方向位移:墩顶最大位移2.74cm,梁顶最大位移3.78cm,横桥向无位移,图6为顺桥向地震激励下墩底弯矩时程曲线。在横向地震作用下,Y方向位移:墩顶最大位移1.01cm,梁顶最大位移1.42cm,顺桥向无位移,图7为横桥向地震激励下墩底弯矩时程曲线。2.3波前振型空间组合将地震波1940,E1CentoSite,270Deg,转化为反应谱曲线,所得曲线如图8所示。本文采用Midas/Civil软件对转体T构大桥进行了E1地震作用下的反应谱分析。分别单独计算纵向、横向最大地震作用效应。为保证计算精度,地震反应分析时取前200阶振型进行组合,此时,各方向振型参与质量均已达到90%以上。空间组合采用SRSS法。一维地震反应分析是多维地震反应分析的基础,通过它可以清楚地判别各个方向的地震动输入对结构响应的影响程度。下面将按顺桥向和横桥向输入反应谱,计算两个方向上的地震响应。在顺桥向向反应谱输入情况下位移响应见图9,X方向位移:墩顶2.31cm,梁顶最大3.39cm,横桥向无位移,在纵向反应谱输入情况下弯矩见图10。在横向向反应谱输入情况下位移响应见图11,Y方向位移:墩顶0.7cm,梁顶最大1.04cm,顺桥向无位移,在横向反应谱输入情况下弯矩见图12。2.4对比分析结果经过上述分析计算,分别得出了反应谱分析和地震时程分析的数值结果。为了得到不同分析方法对分析结果的影响,将两种结果相比较,按顺桥向、横桥向归类,列于表1中。通过表1可以得到,顺桥向地震作用下全桥以纵向和竖向位移为主,横桥向地震作用下全桥以横向位移为主。对比时程法和反应谱法内力计算结果