基于ANSYS的T构桥抗震性能分析.pdf

王虹 基于 A N S Y S的 T构桥抗震 性能分析 4 9 基 于 A N S Y S的 T构桥抗震性 能分析 王虹 天津大 学建筑 工程学院 天津3 0 0 0 7 2 摘要 文中根据实际工程 T构桥梁的结构特点 采用空间块体单元对该结构进行有限元离散 计算了该 T构桥梁两个方向的动特性 采用时程分析对 T构桥梁进行了抗振动力计算 并对计算结果进行了讨论 为实际 工程提供了准确的设计依据 可供该类型结构抗震设计与动力计算参考 关键词 T构桥梁 有限元 固有频率 地震作用 中图分类号 T U 3 5 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 3 0 3 0 0 4 9 0 3 T构桥是一种墩梁固结 具有悬臂受力特点的梁式桥 因墩上两侧伸出悬臂 形同 T字 由此得名 T构一般采用 变高度梁 支点截面的弯矩值最大 梁高也最大 此时增加 的自重对于体系的弯矩的影响是最小的 对于连续刚构 加大根部梁高 通常可使正弯矩减小 正弯矩区缩短 结构 主要承受负弯矩 这样可使大多数预应力刚束布置在梁的 顶部 而且构造和施工均较简单 所以一般 T构都采用预应 力混凝土结构 适合悬臂施工法施工 而且 由于施工阶段的 受力与结构使用状态下 的受力一致 一般是 比较经济 的 方案 T构桥主要有 3种形式 即跨中设铰的铰接 T构桥 跨 中带吊梁的T构桥和主粱直接作用在桥台支座的 T构桥 如图 1 所示 J 其中以跨中带吊梁的 T构桥为最常被采用 的结构形式 吊梁代替铰后 避免了铰接 T构桥的许多缺 点 而且使恒载弯矩降低 尤为重要的是大大缓和了由于 预拱度设置不当带来的桥上纵坡折线形变化 同时因为悬 臂减短也相应地减少了徐变挠度 但由于 T构桥在地震时 的动力响应分析目前还难以通过传统的设计方法给出准确 的预测 J 因此 需要对 T构桥进行动力特性及抗震性能的 有限元分析 本文以某 T构桥为例 进行了以上分析 为工 程设计人员提供设计依据 1 工程概况 某大桥主桥为 T构桥的结构形式 主跨跨径 8 0 m 悬臂 长度为 2 5 m 桥墩最大高度为4 5 m 挂梁跨径为 3 0 m预应力 混凝土 T梁 T构采用悬拼法预制拼装施工 主梁根部梁 高 4 8 5 m 端部梁高 2 0 m 中间部分高度平滑过渡 2 T构桥 有限元分析 1 T构桥有限元模型建立 考虑到 T构桥的结构 4 地震作用下平台的 向位移是出现在平台的最 上方甲板面上 最大位移为 4 m m 平台的 y向最大位移也是 在最上方甲板面的节点上 最大位移为 5 5 m m 因为基础 所受横向约束相对于上部结构较强 平台在受到地震的冲 击之后上部结构位移稍大于基础结构 基础结构比较稳定 平台的主要导管支撑结构体系具有较强的抗竖向荷载的能 力 在天津波作用下它的结构变形和节点位移都较小 3结语 1 因为影响海上导管架平台安全的因素较多 所以 对其不同的影响因素分别进行了静力分析 冰荷载影响下 的瞬态分析 模态分析 波浪荷载下的结构响应分析和地震 响应分析 分析结果表明该平台的设计方法是满足要求的 2 由对该平台的分析研究可知 在应对各种荷载影 响时 平台结构的横向约束起着十分重要的作用 在平台设 计时应尤其注意 同时 平台在工作服役期间 应尽量避免 其受到敏感冲击频率区段因素的影响 桩腿和支撑杆的保 护也十分重要 因此 本文为海上导管架平台结构的设计 应用和维护提供了参考依据 参考文献 1 张亚欧 谷志飞 宋勇 A N S Y S 9 0有限元分析实用教程 M 北京 t 清华大学出版社 2 0 0 5 2 尚晓江 等 A N S Y S 结构有限元高级分析方法与范例应用 M 北京 中国水利水电出版社 2 0 0 5 3 韩小风 导管架平台的极限承载力分析 D 青岛 中国海洋 大学 2 0 0 7 4 胡少伟 苗同臣 振动力学 M 郑州 郑州大学出版社 2 0 0 4 5 杨树耕 等 有限元分析软件 A N S Y S在海洋工程中的应用 J 中国海洋平 台 2 0 0 2 1 6 A N S Y S 动力学分析指南 M 北京 美国A N S Y S 公司北京办 事处 1 9 9 8 7 李茜 杨树耕 采用 A N S Y S 程序的自升式平台结构有限元动 力分析 j 中国海洋平台 2 0 0 3 3 8 B a o Y i n Ig b i n L i R u n P e i G u Y o n g n in g D y n a mi c p l a s t ic a n a l y s i s o f s h i p p l a tf o r m co l l i s i o n J C h i n a O ce a n E n g in e e r i n g 1 9 8 2 1 9 3 9 5 收稿 日期 2 0 1 2 1 1 2 0 作者 简介 肖美蚊 1 9 8 7一 女 山西 吕梁人 硕 士研究 生 研究方 向 防灾减灾工程及 防护工 程 王虹 基于 A N S Y S 的T构桥抗震性能分析 5 1 图3第一 阶振型 图4第二阶振型 位移 最 大 总 的位 移 变形 如 图 5所 示 最 大总 位移 为 1 8 9 7 m 其中最大位移的节点为 9 5 2 2号节点 其时间历程 如图 6所示 簿 q m 1 r I l I I l J J r I 1 J i i 时问 8 图6 第9 5 2 2 号节点的时间历程图 在工况 2的情况下 产生最大动位移及发生的时间 相 应节点的时间历程为 在 t 1 7 4 4 s 第 8 7 2步时 T构桥的 总位移最大 总 的位移变形 如 图 7所示 最大总位 移为 2 0 7 3 m 其中最大位移的节点为 9 4 5 7号节点 其时间历程 如图 8所示 3结语 本文运用力学分析方法 依靠 A N A S Y S大型有限元分 析软件 建立 T构桥结构模型 进行模态分析了解结构的频 图 7 T构桥 最大位 移图 f l l I n f l l I lJ I J I 1 I l I I f I I I J U I Y 1 Y 一 I D l 8 1 2 6 2 I 时问 自 图8 第9 4 5 7 号节点的时间历程图 率和振型 并对该结构进行地震作用下的计算 得出了如下 结论 1 对结构进行模态分析时 振型展示了结构 固有的 振动形态 为人们提供了一种直观的分析该结构振动状态 的方法 固有频率使我们知道结构对哪些频率比较敏感 应 尽力避开这一频段 以防止发生共震 通过对振型的分析 可以看出结构的薄弱环节 对结构的动力响应分析能够提 供一些信息 2 通过对结构抗振动力计算 知道了结构在受到地 震的冲击之后其位移和内力变化 这可以作为以后建设的 参考资料 参考文献 1 叶梅新 王爱武 胡文军 大跨度高墩 T构桥温度效应研究 M 山西建筑 2 0 0 7 1 6 2 3 2 张汝清 殷雪纲 等 计算结构动力学 M 重庆 重庆大学 出版社 1 9 8 7 1 1 7 3 王勖成 邵敏 有限元法基本原理与数值方法 M j E 京 清 华大学 出版社 1 9 9 7 4 朱以文 韦庆如 等 微机有限元前后处理系统 V i z i C A D及其 应用 M 北京 科学