下承式异形系杆钢拱桥抗震性能分析.pdf

第4 3 卷第7 期 2 0 1 6 年7 月 建筑资讯 Buil d in g I n f o r m a t io n 建筑技术开发 B u il d in g T e ch n o lo g y De v e l o p me n t 下承式异形系杆钢拱桥抗震性能分析 郭恩超 武汉理工大学土木工程与建筑学院 武汉4 3 0 0 0 0 摘 要 近年来 钢拱桥凭借着自身的独特优点越来越被人们所应用 随着人们对桥梁美学追求的不断提 高 拱肋外倾 的拱桥也就随之产生 但其结构构造比较复杂 因此地震反应也比较复杂 通过对某下承式异形系杆钢拱桥为例 利用 Mi d a s C iv il 程序建立有限元模型 研究其动态特性以及在横向和纵向地震作用下的抗震性能 关键词 钢拱桥 动态特性 抗震性能 中图分类号 U 4 4 2 5 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X 2 0 1 6 0 7 0 0 0 4 0 2 S e is m ic Pe r f o r m a nce Ana l y s is o f St e e l Ar ch s upp 0r t ing S ha pe d Tie d Gu o E n ch a o Ab s t r a ct I n r e ce n t y e a r s s t e e l a r ch b r i d g e b y v i u e o f it s u n iq u e a d v a n t a g e s mo r e a n d mo r e l o v e d b y t h e p e o p l e wit h t h e p e o p l e o n t h e b r i d g e a e s t h e t ic p u r s u it o f c o n t i n u o u s i mp r o v e me n t Ri b a r ch ca mb e r wil l co n s e q u e n t b u t it s s t r u ct u r e i s mo r e co mp l e x s t r u ct u r e T h e r e f o r e s e is mic r e s p o n s e i s mo r e co mp l i c a t e d T a k in g a n e x t s u p p o r t i n g s t e e l a r ch s h a p e d T i e d e x a mp l e u s in g Mid a s Ci v il p r o ce d u r e s e s t a b l i s h e d fi n i t e e l e me n t mo d e l t o s tud y t h e d y n a mi c ch a r a ct e r is t ics a n d s e i s mi c p e r f o r ma n ce i n t h e h o r iz o n t a l a n d v e rtica l s e is mic a ct io n K e y w o r d s s t e e l a r ch b r id g e d y n a mic ch a r a ct e r is t i cs s e is mic p e r f o rm a n ce 为满足人们在桥梁建筑美学上的追求 异形系杆钢拱桥 越来越受桥梁设计师们的青睐 它是通过横撑 斜撑相互联 系的三根拱肋组合而成的空间结构 不仅线形优美 外形独 特别致 能与周边环境较好的融合 并且在结构受力方面也 很合理 与其他类型的拱桥有所不同 它少有水平推力 拱 肋截面的弯矩和剪力较小 跨越能力更大 但其结构 自重大 重心较高 在地震作用下较为不利 因此必须对其整体结构 进行抗震反应 分析 1 工程概况 某桥梁总长为1 5 5 1 O m 桥梁宽度4 2 5 m 主桥为9 2 m大 跨度下承式异形系杆钢拱桥 主梁采用全焊钢箱梁 系杆采 用扁平钢箱梁结构 引桥采用 3 0 m预应力混凝土简支箱梁 全桥配跨为 3 0 9 2 3 0 m 桥面宽度布置 2 0 m 人行道 3 5 m 非机动车道 2 5 m 机非分隔带 1 0 7 5 m 机动车 道 5 0 m 中央分隔带 1 0 7 5 m 机动车道 2 5 m 机非 分隔带 3 5 m 非机动车道 2 O m 人行道 4 2 5 m 主 桥设置为三片钢管拱 主拱设在中间 以1 2 号中墩支座中 点的连线作为主拱轴线水平投影 计算跨径为8 9 9 3 m 矢高 为1 8 m 拱轴线为二次抛物线 主拱断面为圆形钢管 边拱设 在主拱两侧 以主拱中心线为对称 中心线 竖向矢高2 3 m 横 向矢高为 1 1 8 6 m 边拱与主拱在竖向夹角为2 7 2 7 0 边拱 断面也为圆形钢管 主拱 边拱拱肋在拱脚处与钢箱梁焊接 成整体 吊杆均采用钢绞线整束挤压叉耳式吊杆 吊杆成品索 采用1 8 6 0 级环氧喷涂无粘结钢绞线缠包后外挤 P E制成 采用 工厂生产 现场安装 吊杆在下端通过叉耳与钢箱梁的耳板连 接 为增加主拱 和边 拱的稳定性 在主拱和边拱之间径 向布置 横撑和斜撑 在道路中心线处间距为5 m 并与吊杆位置相对应 桥台采用重力式桥台 下部采用钢筋混凝土实心墩 中间和两 侧桥墩桩基分别采用6 根和2 根直径 1 5 0 cm的钻孔灌注桩 2 结构动 力分 析 2 1 动力计算模型 利用 Mid a s C i v il 软件对桥梁建立有限元模型 考虑到异 形系杆钢拱桥的结构比较复杂 有限元建模不可能与现实情 况完全一致 为准确模拟实际结构 只能通过合理假定最大 收稿 日期 2 0 1 6 0 3 2 5 作者简介 郭恩超 1 9 9 1 一 男 湖北十堰人 主要研究方向为桥 梁检测与加 固 i 限度的接近真实情况 本模型共4 1 7 6 8 个节点 单元5 7 6 5 8 个 其中圆形钢管混凝土拱肋 连接两拱肋的横撑 系梁均采用 梁单元模拟 吊杆采用桁架单元模拟 对钢箱梁则采用板桥 单元模拟 全桥建模情况如图 1 所示 图1 全桥有限元模型 2 2 动力特性分析 为更好地对大跨度拱桥的地震反应和抗震设计进行研究 分析其动力特性十分重要 而固有频率和振型是其最基本的 动力特性 根据动力特性方程求解原理 运用多重 Ri t e向量 法对空间有限元模型进行动力特性分析 表 1 为前六阶振型的 频率 周期及振型特征 表1 前六阶振型频率 周期及振型特征 振 型序号 频率 H z 周期 s 振型特 征 1 1 5 2 8 7 l 2 0 6 5 4 1 4 6 钢箱 粱横 向扭转 2 21 9 0 9 0 3 0 4 5 6 4 3 3 钢箱粱竖向对称振 动 3 2 3 9 3 6 7 5 0 4 1 7 7 6 8 钢箱梁竖 向反对称振动 4 2 5 3 9 1 0 4 0 3 9 3 8 4 0 拱肋侧 向反对称振 动 5 3 0 2 5 9 7 2 0 3 3 0 4 7 2 拱肋侧向对称振动 6 3 2 3 2 9 4 0 0 3 0 9 3 l 6 跨中横撑振动 一 般来说 大跨度拱桥的前几阶振型的振动特性 比较简 单 而高阶振型的比较复杂 与结构形式 支撑连接条件有关 图2 为前六阶振型图 从表 1 和图2 可看出 该桥的前六阶振型较少出现振型耦 合 振型较单一 第 1 阶频率1 5 2 8 7 1 2 H z 而一般的单孔钢拱 桥的基频约为2 5 5 3 Hz 柔性桥为0 2