轉(zhuǎn)體構(gòu)橋地震響應(yīng)分析

轉(zhuǎn)體構(gòu)橋地震響應(yīng)分析

地震是一個(gè)隨機(jī)的過程。不可能使用準(zhǔn)確的地震參數(shù)來計(jì)算。在此基礎(chǔ)上，我們發(fā)展了兩種基于橋梁地震響應(yīng)分析的地震算法理論：一是將地震運(yùn)動(dòng)視為確定過程的確定地震反應(yīng)分析，另一是基于地形振動(dòng)隨機(jī)過程的概率地震反應(yīng)分析。第二種地震反應(yīng)理論還不夠成熟,目前世界很多國(guó)家在橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中采用的是確定性地震反應(yīng)分析方法。1結(jié)構(gòu)物的動(dòng)力特性問題自從汶川地震后,我國(guó)頒布了《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》,對(duì)公路橋梁抗震設(shè)計(jì)方法進(jìn)一步完善?，F(xiàn)階段常用的橋梁抗震設(shè)計(jì)方法主要有:靜力分析法、反應(yīng)譜分析法、動(dòng)力時(shí)程分析法。本項(xiàng)目若選擇靜力法進(jìn)行計(jì)算,需要把慣性力作為一個(gè)靜力施加于結(jié)構(gòu),也就是把結(jié)構(gòu)物的各個(gè)部分和地震動(dòng)作為整體進(jìn)行分析。慣性力的計(jì)算公式為:式中:M—結(jié)構(gòu)物各部分重量;靜力法計(jì)算簡(jiǎn)單,概念清楚,把地震加速度看做是結(jié)構(gòu)破壞的唯一因素,但是忽略了結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性,因此具有較大的局限性。當(dāng)結(jié)構(gòu)物的基本固有周期比地面運(yùn)動(dòng)基本周期小很多時(shí),結(jié)構(gòu)物在地震發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的變形可以忽略不計(jì),這種情況下可以將結(jié)構(gòu)物看做剛體,靜力理論才成立,如果結(jié)構(gòu)物不能看成剛體,靜力法就不適用。當(dāng)前設(shè)計(jì)人員還是習(xí)慣用反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法。反應(yīng)譜法是對(duì)不同跨度橋梁進(jìn)行抗震分析最基本的方法。此法的基本原理是:當(dāng)?shù)卣鸬淖吭筋l率和結(jié)構(gòu)的固有頻率相一致時(shí),結(jié)構(gòu)物的動(dòng)力反應(yīng)就會(huì)變大。不同周期單自由度振子在某一地震記錄激勵(lì)下,可得到體系周期與絕對(duì)加速度、相對(duì)速度和相對(duì)位移的最大反應(yīng)量之間的關(guān)系曲線,即加速度反應(yīng)譜、速度反應(yīng)譜和位移反應(yīng)譜。選用時(shí)程分析法的優(yōu)點(diǎn)是,只要正確選擇地震動(dòng)主要參數(shù),且所選用的地震波基本符合這些主要參數(shù),時(shí)程分析法就可以在一定程度上給出未來地震作用下結(jié)構(gòu)反應(yīng)。該法對(duì)于線性荷載、簡(jiǎn)諧荷載或用簡(jiǎn)單解析式表達(dá)的荷載激勵(lì)下線性結(jié)構(gòu)的響應(yīng)能夠得到具有計(jì)算機(jī)精度的數(shù)值。由于地震加速度記錄中兩個(gè)離散時(shí)刻之間的加速度值一般假設(shè)為線性變化,因此采用精細(xì)時(shí)程積分求解是非常有利的。本文選取時(shí)程分析法側(cè)重點(diǎn)放在結(jié)構(gòu)阻尼選取的對(duì)比上。2轉(zhuǎn)體平臺(tái)t型為減少上部結(jié)構(gòu)施工對(duì)鐵路行車安全的影響,確定采用平衡轉(zhuǎn)體的施工技術(shù)。即先在鐵路一側(cè)澆筑梁體,然后通過轉(zhuǎn)體使主梁就位、調(diào)整梁體線形、封固球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)體系的上、下盤,最后澆筑合攏段,使全橋貫通。T構(gòu)為2×68m預(yù)應(yīng)力混凝土T型剛構(gòu),全長(zhǎng)136m,墩高32m。單幅橋面寬17m,轉(zhuǎn)體T構(gòu)上部結(jié)構(gòu)采用單箱雙室箱型截面,在墩底與承臺(tái)間設(shè)置水平轉(zhuǎn)盤。轉(zhuǎn)體長(zhǎng)為62m+62m,下部結(jié)構(gòu)主橋轉(zhuǎn)體墩下接轉(zhuǎn)體平臺(tái),轉(zhuǎn)體平臺(tái)支撐在承臺(tái)上,鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)采用環(huán)道與中心支承相結(jié)合的球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)體系。2.1結(jié)構(gòu)自身固有性質(zhì)動(dòng)力特性分析是抗震分析的基礎(chǔ),因此動(dòng)力特性分析的準(zhǔn)確性對(duì)抗震分析的精度有著很大的影響。結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性主要包括頻率、振型和阻尼等。它由結(jié)構(gòu)自身固有性質(zhì)所決定,如結(jié)構(gòu)的組成體系、剛度、剛度分布、質(zhì)量、質(zhì)量分布以及邊界條件等。采用MIDAS軟件建立有限元模型,T構(gòu)分為70個(gè)單元,箱梁和橋墩均采用梁?jiǎn)卧?用PSC截面建立,模型如圖1,并對(duì)轉(zhuǎn)體T構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力特性分析,得出了不考慮樁土效應(yīng)情況下的自振頻率與振型,取前3階模態(tài)的振型和周期,前3階模態(tài)的周期為0.58s、0.35s、0.28s,前3階模態(tài)的震型圖如圖2、圖3、圖4。2.2地震波的選擇結(jié)構(gòu)阻尼的選取:結(jié)構(gòu)阻尼是通過模態(tài)阻尼比來定義的,它是該階模態(tài)阻尼與其臨界阻尼的比值。一般情況下,取各階模態(tài)阻尼比相同,混凝土梁橋、拱橋阻尼比不宜大于5%,斜拉橋不宜大于3%。本文使用直接積分法進(jìn)行線性時(shí)程分析,輸入各階模態(tài)阻尼比為5%。地震波的選擇:選用過去典型的強(qiáng)震記錄,選用1940,E1CentoSite,270Deg,如圖5,在X、Y方向取相同地震波輸入。在縱向地震作用下,X方向位移:墩頂最大位移2.74cm,梁頂最大位移3.78cm,橫橋向無位移,圖6為順橋向地震激勵(lì)下墩底彎矩時(shí)程曲線。在橫向地震作用下,Y方向位移:墩頂最大位移1.01cm,梁頂最大位移1.42cm,順橋向無位移,圖7為橫橋向地震激勵(lì)下墩底彎矩時(shí)程曲線。2.3波前振型空間組合將地震波1940,E1CentoSite,270Deg,轉(zhuǎn)化為反應(yīng)譜曲線,所得曲線如圖8所示。本文采用Midas/Civil軟件對(duì)轉(zhuǎn)體T構(gòu)大橋進(jìn)行了E1地震作用下的反應(yīng)譜分析。分別單獨(dú)計(jì)算縱向、橫向最大地震作用效應(yīng)。為保證計(jì)算精度,地震反應(yīng)分析時(shí)取前200階振型進(jìn)行組合,此時(shí),各方向振型參與質(zhì)量均已達(dá)到90%以上?？臻g組合采用SRSS法。一維地震反應(yīng)分析是多維地震反應(yīng)分析的基礎(chǔ),通過它可以清楚地判別各個(gè)方向的地震動(dòng)輸入對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響程度。下面將按順橋向和橫橋向輸入反應(yīng)譜,計(jì)算兩個(gè)方向上的地震響應(yīng)。在順橋向向反應(yīng)譜輸入情況下位移響應(yīng)見圖9,X方向位移:墩頂2.31cm,梁頂最大3.39cm,橫橋向無位移,在縱向反應(yīng)譜輸入情況下彎矩見圖10。在橫向向反應(yīng)譜輸入情況下位移響應(yīng)見圖11,Y方向位移:墩頂0.7cm,梁頂最大1.04cm,順橋向無位移,在橫向反應(yīng)譜輸入情況下彎矩見圖12。2.4對(duì)比分析結(jié)果經(jīng)過上述分析計(jì)算,分別得出了反應(yīng)譜分析和地震時(shí)程分析的數(shù)值結(jié)果。為了得到不同分析方法對(duì)分析結(jié)果的影響,將兩種結(jié)果相比較,按順橋向、橫橋向歸類,列于表1中。通過表1可以得到,順橋向地震作用下全橋以縱向和豎向位移為主,橫橋向地震作用下全橋以橫向位移為主。對(duì)比時(shí)程法和反應(yīng)譜法內(nèi)力計(jì)算結(jié)果