三塔斜拉桥的非线性地震反应分析

预应力 混凝 土斜 拉 桥 的 非线 性 主 要 表 现在 以下 三个方 面 ： 拉索 自重 引起 的垂度 使其 轴力 与变 形关 斜
系呈非 线性 ； 轴力 、 矩 共 同 作用 使 桥 面 主 梁 和塔 产 弯 生梁 一柱效 应 ； 位移 引起 的几何 形状 变化 产生 的非 大 线性效 应Ｌ 。 ４ Ｊ 本 文结 合工 程实例 马 鞍 山长 江右 汊公路 斜拉 桥 ， 采用非 线性 动力 时程 分 析 方 法对 该 桥 进 行 了非 线 性
图 １ 马鞍 山长江右汉公路斜拉桥有 限元计算模型
２ 结构 动 力 特 性 分 析
在斜拉 桥有 限元计 算模 型 的基础上 ， 采用 了空 间
迭代 法计算 了桥 梁 的结 构 动力特 性 ， １列 出了桥 梁 表
结 构 在考虑 塔底 固结 时 的前 ２ ０阶 自振频 率及 相关振 型特 征 。 通 过计 算 ， 以得 到马 鞍 山长江右汉 斜拉 桥动 力 可 特性 以下特 点 ： 与全 漂 浮体 系斜 拉桥 相 比 ， 桥 基本 该 周期 明显较 短 。如杨浦 大桥 为 ９ ２ ， 京长 江二桥 ． ４ｓ南
马 鞍 山 长 江 右 汊 公 路 斜 拉 桥 主 桥 跨 径 布 置 为
３ ８ ｍ＋８ Ｉ ２×２ ０ Ｉ ＋ ８ ２Ｉ ＋ Ｔ ６ ｎ ２ ｍ＋ ３ ， 长 ７ ０ｍ ， ８ｍ 全 ６
收 稿 日期 ：０ ００—６ ２ １—３２
为 １． ２ｓ 日本 多 多 罗 大 桥 为 ７ ２ ， ３ ３ ， ． ２ｓ而该 桥 仅 为
用 于弹性结 构体 系 ， 大跨 径桥梁 的非线性 抗震 分析 在
上存在 着较 大 的误 差 。而 非 线性 动 力 时 程 法 能考 虑
为三塔六跨 的双索面半漂浮体系斜拉桥 ， 斜拉索采用 高强 平行钢 丝 ， 主梁 采 用 预应 力 混凝 土双 边 箱梁 ， 主
塔采 用边 、 中塔 不等 高 的椭 圆拱 形 混凝 土 桥 塔 ， 梁 主
斜 拉 索采用 双索 面扇形 布置 ， 索在梁 上标 准间距 为 拉
７ ０ｍ， 上标 准 间距 为 ２ ０ｍ。 ． 塔 ． 结 合 Ｍｉａ 有 限元 分 析 实 际 ， 文 采 用 整 体式 ｄｓ 本 有 限元 分析模 型 ， 建立 斜拉桥 的空间动力 有 限元模 型
（ １。 图 ）
关 引。斜 拉桥 的频谱 分 布 比较 密集 。斜 拉 索具 有 膜 的性质 ， 使得大跨 度 斜拉 桥模 态 远较 一 般结 构 密集 ，
在一个并 不宽 的频 段范 围内分布很 多的模态 ， 可能 出
振型序号 １ ２ ３
４ ５
现大量 的模 态被 同 时激 起 ， 以在 进行 动 力分 析 时 ， 所
三 塔 斜 拉 桥 的非线 性 地 震 反 应 分 析
周 小 伍
（ 合肥工业大学 土木与水利工程学院 ， 安徽 合肥
摘
２００Hale Waihona Puke Baidu ３０ ９
要： 结合 马鞍 山长江右汉斜拉桥的工程设计实例 ， 采用桥梁有限元分析软件 Ｍｉａ， ｄｓ 考虑结构大位移特性 建立动力计算模型 ，
来分析三塔斜拉桥 的几何非线性地震反应。分析 了三塔斜拉 桥的动力特性 及在 Ｅ － ｅ ｔ ＬＣｎｒ ｏ波作用下 的时程响应 ， 比较 了结构设
置 铅 芯抗 震 橡 胶 支 座 的 振 动 响 应 。
关键词： 斜拉桥 ； 非线性 ； 地震反应 ； 时程分 析
中 图 分 类 号 ： ４． ７ Ｕ４ ８２ 文献标识码 ｉ Ａ 文 章 编 号 ： ６ ３５ ８ （０ ００ —３ １０ １ ７—７ １ ２ １ ）３０ ４ —３
目前 ， 桥梁结 构抗 震分 析方 法主 要采用 反应 谱法 和动 力时程 法 ＿ 。反 应 谱 法 是 结构 抗 震 初 步设 计 中 】 ］ 广泛使 用 的一种 方法 ， 这种 方法 概念 简单 、 算 方便 ， 计 计算 时间 和费用 都 较 低 。但 是 反应 谱 法 原 则 上 只适
一
般需采 用 １ Ｏ阶 以上 的 振 型 ， 文 采 用 前 ２ 本 ０阶
振型。
振型序号 １ １ １ ２ １ ３
１ ４ １ ５
表 １ 主桥 前 ２ ０阶 自振 频 率 及 振 型特 征
频率／ Ｈｚ ０ ３ ９０ ． ４ ０ ６ ０７ ． ３ ０ ７ ０４ ． ６
采 用 预 应 力 混 凝 土 双 边 箱 梁 ， 梁 中 心 处 梁 高 主
３ ２ｍ， 索 区边 缘 梁 高 １ ０ ｍ， ． 锚 ． 主梁 顶 面设 置 双 向
２ 的桥面横 坡 ， ％ 主梁顶 面宽 ３ ． 底 面宽３ ． ５ ３ｍ， ５ ５ｍ。
结构各 种 复杂 的非线性 因素 ， 是公 认 的较 为精 细的分 析方法 。斜 拉桥 地震 反 应 分 析也 有 采 用 反 应谱 法 及
时程分 析法 联合计 算 ， 互 校核 ¨ 。 目前 在桥 梁抗 震 相 ２ ］ 研究领 域 ， 文献 ［ ］ ３ 所做 的工 作最 具代 表性 ， 编制 了桥 梁 空 间 非 线 性 地 震 反 应 分 析 程 序 ＮＳ ＲＡＰ 和 Ｉ — Ｐ ＳＢ ， Ａ Ｓ 对数 十座 大跨 度斜 拉桥进 行 了地震 反应 分析 。
地震反 应分 析 。建立 了全桥 空 间三维 有 限元 模 型 ， 以 地震加 速度 时程 作为地 震 波输入 ， 应用 桥梁 有 限元程
序 Ｍｉａ 对 结构进 行 了空 间地 震 时 程分 析 。反应 分 ｄｓ
析 中考 虑 了结构 几何非 线性 的影 响 。
１ 斜 拉 桥 动 力 计 算 模 型
２８ ６ ， ．６ 反映出该体系的斜拉桥刚度较大的特点； Ｓ 该
桥 的抗扭 刚 度 较 大 ， 与 该 桥 采 用 空 间索 面 布 置 有 这
作 者 简 介 ： 小 伍 （９ ４ ） 男 ， 徽安 庆人 ， 肥 工 业 大 学 硕 士 生 周 １８一 ， 安 合
ｔｒ程与建设 》 ２ １ （ － ０ ０年第 ２ ４卷第 ３期 ３ １ ４