【《不同施工方式连续梁桥的地震响应对比分析案例》4200字】

不同施工方式连续梁桥的地震响应对比分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u7932不同施工方式连续梁桥的地震响应对比分析案例 136941.1强度比0.45桥梁地震响应结果对比 1139631.2IDA分析 41.1强度比0.45桥梁地震响应结果对比根据本章1.2及1.3节的相关内容可知，悬臂施工与一次成桥在地震响应方面存在一定的差异。通过计算分析，发现无论采用何种施工方式，中支座在强度比0-3的过程中均处于受压状态，支座不会脱空。而边支座脱空的强度比与施工方式有关，悬臂施工和一次成桥边支座脱空统计结果见图4-29。当连续梁桥采用悬臂施工时，在强度比为0.45支座便会发生脱空，而一次成桥的边支座是在强度比大于等于0.65才会与梁体分离。因此本小节采用0.45的强度比来进行对比分析。图4-29边支座脱空情况统计当强度比为0.45时，悬臂施工和一次成桥的轴力对比见表4-9。对于中支座，一次成桥与悬臂施工采用摩擦型支座模拟的轴力时程结果相差不大，但边支座有角度差异：悬臂施工的双线性支座出现0.11MN拉力，一次成桥的边支座并未出现拉力，分析原因在于悬臂施工的连续梁桥中跨跨中弯矩比一次成桥的小，且悬臂施工的边支座承担初始重力为1.58MN，比一次成桥边支座分担的重力小0.35MN，重力减少了17%，从而在相同强度比（0.45）作用下，悬臂施工的边支座更易脱空。通过图4-30，比较支座的轴向位移。图4-30表明：（1）采用双线性支座模拟时，无论采用悬臂施工还是一次成桥方式，边支座轴向位移均为负值，且不会出现位移突变；（2）采用摩擦型支座模型模拟时，悬臂施工的边支座轴向位移出现突变，最大轴向位移7.66mm，而一次成桥的最大轴向位移仍小于0，说明悬臂施工比一次成桥更容易出现边支座脱空。表SEQ表\*ARABIC1-9悬臂施工和一次成桥支座轴力对比（GM8，强度比=0.45）施工方式支座位置最大轴力/MN最小轴力/MN曲线差异备注双线性摩擦型双线性摩擦型一次成桥中支座8.638.415.445.71基本吻合均受压边支座3.283.860.140.17差异较大均受压悬臂施工中支座8.488.405.615.62基本吻合均受压边支座3.623.59-0.110差异较大双线性受拉（a）边支座（悬臂施工）（b）边支座（一次成桥）图4-30边支座轴向位移比较（GM8，η=0.65）表4-10表明采用摩擦型支座模拟时，不同施工方式的最大水平变形相差较大，对于中支座，悬臂施工的最大水平变形为86.44mm，一次成桥的最大变形为68.39mm，悬臂施工比一次成桥的变形大26%；对于边支座，悬臂施工的最大水平变形为87.30mm，一次成桥的最大变形为72.46mm，悬臂施工比一次成桥的变形大21%。进而分析悬臂施工和一次成桥才用摩擦型支座模型的耗能差异。表SEQ表\*ARABIC2-10悬臂施工和一次成桥支座滞回曲线对比（GM8，强度比=0.45）施工方式支座位置峰值水平恢复力/kN峰值水平变形/mm曲线差异备注双线性摩擦型双线性摩擦型一次成桥中支座207.68238.5870.1568.39基本吻合悬臂施工的摩擦型支座水平恢复力波动更明显边支座58.87115.8171.1072.47差异较大悬臂施工中支座207.72246.8578.4586.44基本吻合边支座58.87105.7579.6587.30差异较大通过表4-11比较支座耗能，发现不同施工方式的支座耗能是存在差异的。当采用双线性支座模拟时，对中支座和边支座均是悬臂施工的支座耗散能量大于一次成桥的结果；当采用摩擦型支座模拟时，悬臂施工的中支座耗能高于一次成桥。发现不同施工方式对中支座耗能影响要大一点，这是由于悬臂施工时，边支座更易被抬起，当边支座抬起后，连续梁桥的整体重量由中支座承担，中支座的摩擦力会增大，由此导致的摩擦耗能也增大。表SEQ表\*ARABIC3-11悬臂施工和一次成桥支座耗能对比（GM8，强度比=0.45）施工方式支座位置支座耗能/(kN.m)曲线差异双线性摩擦型一次成桥中支座115.26118.19摩擦型＞双线性边支座33.6238.15摩擦型＞双线性悬臂施工中支座139.17145.94摩擦型＞双线性边支座41.2637.22摩擦型＞双线性表4-12对比了强度比为0.45、不同施工方式的桥墩地震响应结果，发现采用双线性支座进行有限元模拟时，采用一次成桥的墩底拉应变、墩底压应变、墩底位移约等于悬臂施工的结果。因此，当采用双线性支座模型时，悬臂施工与一次成桥的施工方式造成桥墩响应差异较小。采用摩擦型支座力学模型模拟时，一次成桥的墩底拉应变、墩底压应变、墩底位移均大于悬臂施工的结果，不同施工方式造成桥墩响应差异比较明显。这是由于悬臂施工的桥墩承受的质量增大，周期延长，桥墩响应减小。表SEQ表\*ARABIC4-12一次成桥和悬臂施工桥墩响应对比（GM8，强度比=0.45）施工方式比较内容支座模型类型差异双线性摩擦型一次成桥墩底拉应变/με-12.70111.90摩擦型出现拉应变墩底压应变/με-68.87-101.69摩擦是双线性的1.46倍悬臂施工墩底拉应变/με-13.0219.45摩擦型出现拉应变墩底压应变/με-67.41-83.31摩擦是双线性的1.24倍悬臂施工与一次成桥的结果最大的不同在于，悬臂施工的边支座脱空强度比小于一次成桥。通过比较强度比为0.45的结果，发现悬臂施工的边支座轴力比一次成桥的波动变化大，悬臂施工边支座轴力出现拉力，而一次成桥不会出现拉力。此外在可变摩擦支座模型的模拟结果中，悬臂施工与一次成桥的结果有所差异，当采用悬臂施工时，中支座变形比一次成桥的中支座变形大21%-26%；中支座的耗能比一次成桥的耗能大23.5%，边支座由于脱空效应，边支座耗能低于一次成桥的结果；悬臂施工的桥墩响应均小于一次成桥的桥墩响应。结果表明，采用可变摩擦支座模型，对不同施工方式的结果影响程度不一样，两种不同施工方式差别，因为采用悬臂施工的连续梁桥的鞭梢效应更明显。1.2IDA分析本节主要对比不同施工方式对桥梁响应结果造成的影响，从图4-31（a）和图4-31（b）可看出，无论是双线性模型还是摩擦型模型模拟，在强度比不超过1.05时，悬臂施工的峰值压力与一次成桥的峰值压力几乎一样，当强度比超过1.2，两种施工方式的峰值压力出现差异。不难发现，随强度比的增大，悬臂施工与一次成桥的支座峰值压力均增大，但支座峰值压力与强度比并不呈现线性增长关系。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。由于采用悬臂施工，边支座承担的重力仅包含最后一个施工节段的重力，比一次成桥的边支座承担的重力要小。因此悬臂施工的边支座初始重力要比一次成桥小。通过图4-31（c）和图4-31（d）比较支座的峰值拉力，图中峰值拉力为负值，代表中支座并未出现拉力。分析中支座的结果，发现中支座一直处于受压状态，两种施工方式的结果相近。由图4-31（d）可看出，对于边支座，当强度比为0.45时，当都采用双线性支座模拟时，发现悬臂施工的边支座轴力便出现了拉力，此时一次成桥的边支座还处于受压状态；当都采用摩擦型支座模拟时，悬臂施工的轴力为0，一次成桥的轴力为负值，代表没有出现拉力，由此可看出采用悬臂施工方式的连续梁桥的鞭梢效应更明显，支座更易发生与主梁分离的情况。当支座模型都为摩擦型支座模型时，发现随强度比增大，悬臂施工的边支座先出现支座脱空。对于边支座，当强度比大于1.2后悬臂施工与一次成桥的峰值拉力都等于0。（a）中支座受压（b）边支座受压（c）中支座受拉（d）边支座受拉图4-31支座的竖向峰值载荷（均采用可变摩擦支座）图4-32给出了不同施工方式的支座最大水平摩擦恢复力曲线。整体来看，摩擦型支座模拟的最大水平恢复力比双线性支座模型的结果。从图4-32（a）和4-32（b）可看出，在采用双线性支座模型时，悬臂施工和一次成桥的支座水平摩擦恢复力是一样的，这是由于双线模型的最大恢复力等于重力乘以摩擦系数，是一个定值，最大水平摩擦恢复力与施工方式无关。而对摩擦型支座模型而言，最大水平摩擦恢复力随强度比增大而增大，这说明摩擦型支座模型的可变摩擦性能，同时观察到悬臂施工的峰值摩擦恢复力小于一次成桥的结果。这是由于连续梁桥采用悬臂施工与一次成桥的结构内力不同导致，悬臂施工的边支座分担的重力小于一次成桥边支座分担的重力，故边支座的峰值摩擦恢复力小于一次成桥的结果；对于中支座，则可能是悬臂施工的初始分担给中支座的重力较大，波动性不大，小于一次成桥的峰值摩擦恢复力。（a）中支座（b）边支座图4-32盆式橡胶支座的峰值水平恢复力图4-33给出了悬臂施工和一次成桥的支座最大水平变形，发现在均采用双线模型时，无论用悬臂施工还是一次成桥的施工方式，二者的水平最大变形表现一致，即变形大小一样，且支座水平变形随强度比增大而减小。这表明强度比增大，支座的变形能力被削弱了。比较摩擦型支座模型的支座变形结果，发现在强度比为0到1.8范围内，悬臂施工与一次成桥的变形很接近，但当强度比大于1.8，一次成桥的支座变形大于悬臂施工的结果。尤其是在强度比为2.1时，对于中支座，一次成桥的最大水平变形比悬臂施工结果大8.89mm；对于边支座，一次成桥的最大水平变形比悬臂施工的大10.77mm。这说明悬臂施工在强度比较大时，支座抬起的程度比一次成桥的大，导致支座的摩擦接触力减小，摩擦变形减小。（a）中支座（b）边支座图4-33盆式橡胶支座最大变形由图4-34可看出，当采用双线性支座模型时，悬臂施工的支座耗能高于一次成桥的支座耗能，当采用摩擦型支座模型时，对于中支座，在强度比小于1.8时，悬臂施工的支座耗能高于一次成桥的结果；但当强度比大于1.8时，悬臂施工的支座耗能小于一次成桥。对于边支座，无论强度比为何值，悬臂施工的摩擦型支座耗能均大于一次成桥的支座耗能。通过分析，其原因在于悬臂施工的边支座拍击效应比较明显，增大摩擦力的耗能贡献大于减小摩擦力的耗能损失，故整体耗能大于一次成桥。无论采用何种施工方式，摩擦型支座耗能均大于双线性支座的摩擦耗能。（a）中支座（b）边支座图4-34盆式橡胶支座耗能由图4-35可看出，采用摩擦型支座模拟得到的墩底峰值压应变和峰值拉应变均大于双线性模型的分析结果，采用双线性模型可能低估桥墩的地震损伤。当采用双线性支座进行有限元模拟时，一次成桥的峰值压应变略大于悬臂施工的结果，差异较小。当采用悬臂施工时，一次成桥的墩底峰值压应变是悬臂施工的1.3倍。比较峰值拉应变，发现悬臂施工在强度比低于0.3时，墩底并没有出现拉应变，而一次成桥在强度比0-3均有较大的峰值拉应变，在强度比为0.6时，其最大峰值拉应变为117με，此时为悬臂施工的5倍。由此可见当采用摩擦型支座模拟时，一次成桥的墩底峰值应变普遍大于悬臂施工的峰值应变。分析原因：当采用悬臂施工时，中墩承担的质量增加，导致墩的周期延长，从而响应减小。（a