【标准跨径为20m简支梁桥地震响应分析案例2000字】

标准跨径为20m简支梁桥地震响应分析案例1.1支座性能对比分析由于《公路桥梁抗震设计细则》[87]要求的标准强度比η是0.65，故首先比较双线性支座模型与可变摩擦支座模型在标准强度比下的地震响应。简支梁桥的两端支座力学性能一致，故只取其中一个支座来进行研究，以20m标准跨径简支梁桥为例，当采用GM1，地震动强度比为0.65时，其竖向支反力时程结果如图3-7所示。支座的轴力波动明显，但一直处于受压状态，双线性支座和摩擦型支座的最大竖向荷载分别为297.59N和294.35kN，最小竖向荷载分别为10.72kN和21.91kN，双线性支座模型与可变摩擦支座模型在支反力方面表现很接近。图3-7支座轴力比较（GM1，η=0.65）注：此处的竖向支反力即为支座的轴力，受压为正，受拉为负。滞回曲线是桥梁结构抗震性能的综合体现，也是抗震分析的关键，通过图3-8可看出双线性支座的滞回曲线比较规则饱满这与规范中提供的支座模型表现一致，相比之下，可变摩擦支座的滞回曲线的水平摩擦恢复力是波动变化，摩擦型支座的滞回曲线并不是很规则饱满，但整体而言，其滞回曲线的形状与双线性支座差异不大。由于强度比只有0.65，竖向地震导致的轴力波动效应相对于重力荷载所占比例较小，因此二者的水平滞回曲线差异不是很明显。摩擦支座模型提供的峰值恢复力为8.83kN，比经典双线性模型的屈服力（6.14kN）提高了约40%；两种支座模型写水平变形表现十分接近。图3-8支座滞回曲线比较（GM1，η=0.65）图3-9支座耗能对比（GM1，η=0.65）图3-9对比分析了摩擦型支座和双线性支座的耗能情况，发现在简支梁桥中采用双线性支座的耗能（22.55kN.m）比可变摩擦支座（18.50kN.m）大，耗能差异为21%。其原因在于当竖向地震作用时，简支梁桥的两端支座会同时进行上下运动，可变摩擦支座根据摩擦力等于轴力乘以摩擦系数的计算原则，可以发现支座的水平摩擦恢复力是波动变化的，尤其当支座被抬升，支座轴力减小，推导可得摩擦力减小，摩擦力减小带来的耗能损失更大，其耗能损失比摩擦力增大带来的耗能贡献更明显。从而导致可变摩擦支座的耗能减少。但双线性支座的力学本构模型是认为摩擦力最大值是恒定的，如图3-11所示，故导致计算的结果偏大。1.2IDA分析在《公路桥梁抗震设计规范》建议强度比η取0.65，但在近场地震动中强度比η一般认为是1.0，近年来也出现了强度比η高于1.0的大地震[90-92]，因此有必要研究一下当强度比η大于0.65的情况，因此本文也研究了强度比在0到3的情况下的不同支座模型地震响应。从图3-10（a）可以看出，随着强度比的增大，支座的峰值压力增大，但两者不呈现线性增长关系。当强度比从0增加到1.35时，支座的峰值压力增加较快；当强度比超过1.35时，强度比的增大并不会引起支座峰值压力的显著增加。强度比为1.0时，支座的峰值压力约为重力荷载的1.48倍。图3-10（b）为支座的峰值拉力，负值表示整个地震过程中支座没有出现拉力。当强度比大于1.20时，双线性模型承受了显著的拉伸载荷，而实际上板式橡胶支座是不可能受拉的，双线性模型会错误估计支座的受拉性能；采用摩擦模型时，支座不能提供受拉刚度，当强度比大于1.2出现竖向拉伸变形时，支座与主梁分离，支座轴力为0，摩擦恢复力发生变化。支座的最大水平恢复力如图3-11所示。显然，根据双线性支座模型的力学模型及公式（2-3），可得双线性支座模型模拟出的峰值水平摩擦恢复力是一个常数。由于摩擦型支座的水平摩擦恢复力与支座轴力成正比，因此摩擦型支座的水平恢复力呈现出随强度比增大而增大的趋势。（a）支座受压（b）支座受拉图3-10支座的峰值轴力注：此处的图（b）表示支座的轴拉力，负值代表没有出现拉力。图3-11支座的峰值水平恢复力通过图3-12比较两种支座模型的最大水平变形，发现随着强度比增大，支座的水平变形逐渐减小。这是由于强度比越大，竖向地震作用所占比例大于水平地震作用，从而导致支座与主梁之间的可动摩擦副作用减小，从而减小了支座的水平摩擦变形。支座水平变形的整体趋势是摩擦型支座的水平变形大于双线性支座，整体变形差异为9.9%，在个别强度比，差异较大，如在强度比0.45时，摩擦型的水平变形与双线性支座的水平变形相差竟有39.12mm，由此可见双线性支座模型会低估支座的水平变形量。分析原因在于摩擦型支座力学模型计算得出的轴力波动比双线性支座的大，会导致其支座的水平摩擦变形的突然性增大。图3-12支座最大水平变形图3-13比较了不同的强度比作用下支座的耗能，发现随着强度比增大，支座的耗能能力逐渐减弱，当强度比由0变化至3，其支座耗能减少了接近3/4。其原因在于滑动支座的耗能主要是依靠摩擦耗能，摩擦力大小与轴压力大小有关，若在强竖向地震作用下，支座轴力波动很大，轴力减小带来的耗能损量失大于轴力增大的耗能增加量，因此支座耗能随强度比增大而减小。对比两种支座模型的耗能差异，其整体趋势是双线性支座的耗能大于摩擦型支座，双线性支座的耗能约