大跨度桥梁地震反应分析时阻尼的取值
大跨度【桥梁】地震反应分析时阻尼的取值模板
大跨度桥梁地震反应分析时阻尼的取值 Damping Value for Seismic Response Analysis of Long-span Bridges 贺佰冻 HE Baidong （中铁十二局三公司，山西 太原 841200） 摘 要：简单介绍了目前桥梁抗震中存在的关于阻尼的一些问题以及瑞利阻尼理论。在利用有限元软件ANSYS 对大跨度桥梁进行地震反应分析时，结构阻尼在其中的实现。文章以龙潭河大桥为例，建立了有限元模型，计算分析其动力特性获得桥梁结构的振型和频率，在此基础上求解出了Aplha 和Beta 。 关键词：大跨桥梁；地震反应分析；阻尼；瑞利阻尼 0 前言 桥梁结构的地震反应分析是一个抗震动力学问题。阻尼是结构的一个重要动力特性，也是结构地震反应中最为重要的参数之一。阻尼消耗能量，使振动衰减，对桥梁的安全是有利的。阻尼的大小直接关系到桥梁在动荷载作用下振动的强弱，因此研究桥梁的阻尼规律是提高桥梁动力计算精确度的关键之一。 我国现行的《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）[1] 中关于桥梁的一章适用于跨径不超过150m 的钢筋混凝土和预应力混凝土梁桥、圬工或钢筋混凝土拱桥的抗震设计，结构的阻尼比取5%。根据美国、俄罗斯及我国的一些地震记录的统计结果，反应谱值大致与阻尼比的平方根成反比，公路钢桥的阻尼比小于5%，斜拉桥、悬索桥结构更为复杂，而且是非均值结构，各部分的能量耗散机理不同，阻尼比的确定更加困难，各国规范也没有给出参考值[2] 。因此，对桥梁进行地震反应分析时，如何更精确地计入阻尼的影响是值得深入探讨研究的课题。本文将以龙潭河大桥为工程背景具体研究地震反应分析中阻尼的取值。 1 瑞利阻尼理论 近百余年来，人们提出了多种阻尼理论来解释结构的阻尼现象，目前被广泛接受的是两种线性阻尼理论，复阻尼理论和粘滞阻尼理论。在桥梁抗震分析中，一般都采用粘滞阻尼理论。在一般桥梁结构的地震反应分析中，可以假定阻尼矩阵具有正交性，阻尼可用阻尼比的形式计入；对于明显非均质结构，阻尼矩阵的正交性假定不再适用，需要建立非比例阻尼矩阵。 采用粘滞阻尼理论，为使阻尼矩阵C 满足正交性，假设： C M α= 或 C K β= （1） 式中，α、β为比例常数。 则有： 2n n α ξω= 或 2 n n βωξ= （2） 瑞利阻尼矩阵假定阻尼矩阵为刚度矩阵和质量矩阵的线性组合。为了考虑由结构非均质性和各部分耗能机理不同而引起的阻尼非均质性，Clough 提出了非比例阻尼理论，该理论认为总阻尼矩阵可由分块的瑞利阻尼矩阵叠加而成。 采用瑞利阻尼假设： C M K αβ=+ （3）
TMD多点控制体系随机地震响应分析的虚拟激励法_朱以文
收稿日期:2003-10-26; 修回日期:2003-11-22 基金项目:国家电力公司资助项目(KJ 00-03-26-01) 作者简介:朱以文(1945-),男,教授,主要从事计算力学和结构防灾减灾研究 文章编号:1000-1301(2003)06-0174-05 TM D 多点控制体系随机地震响应 分析的虚拟激励法 朱以文,吴春秋 (武汉大学土木建筑工程学院,湖北武汉430072) 摘要:对于频率分布密集或受频带较宽的地震激励的结构,其响应不再以某一单一振型为主,须考虑采用多点控制。本文对受T M D 多点控制的结构进行了研究。文中建立了带有多个子结构系统的以模态坐标和子结构自由度为未知量的统一运动方程。针对所得方程为非对称质量、非对称刚度、非经典阻尼的情况,本文给出了使用直接法求解的格式。地震随机响应分析采用了虚拟激励法,可以考虑各振型之间的耦合项,计算量小且精度高。本文的方法适用于带有多个子结构的系统的一般性问题,具有广泛的应用价值。 关键词:多点控制;主结构;子结构;随机地震响应中图分类号:P315.96 文献标识码: A Pseudo -excitation method for random earthquake response analysis of control system with MTMD ZH U Yi -wen ,WU Chun -qiu (Civil and structural engineering school ,W uhan university ,Wuhan 430072,China ) A bstract :The response of the structure is no t constituted with one sing le mode shape w hen the frequency distri -bution is dense o r the earthquake excitation 's frequency band is w ide .At this time ,it is necessary to adopt the multi -point control sy stem .The study on the structures w ith M TMD is carried out in this paper .The uniform dynamic equation w ith mode coordinate and slave system 's DOF as variables is established fo r the system w ith multi slave sy stem .The equatio n has asy mmetric mass m atrix ,asymmetric stiffness matrix and nonclassical damping m atrix ,and the direct solving format is given in this paper .The random earthquake response is studied by using pseudo -excitation method ,thus the coupling items between modes can be considered .The calculation is cheap and precision is high .The method in this paper is adaptable to the general case of the sy stem with multi -slave structures and has broad application wo rth .Key words :multi -point control ;master structure ;slave structure ;random earthquake response 1 引言 对于高层建筑、大跨桥梁、高耸塔架等高柔结构采用TMD (Tuned Mass Damper )减小风振及地震响应是有效的,这一点得到了人们的普遍认同。TMD 对建筑结构的功能影响较小,便于安装、维修和更换控制元 第23卷第6期2003年12月地 震 工 程 与 工 程 振 动EA RT HQ UAK E ENG IN EERI NG A ND ENG IN EERIN G V IBRA T ION V ol .23,No .6 Dec .,2003DOI :10.13197/j .eeev .2003.06.028
大跨度桥梁的抗震分析与地震动输入
文章编号:1671-2579(2001)04-0032-03 大跨度桥梁的抗震分析与地震动输入 陈星烨1,余钱华2 (1.湖南大学,湖南长沙 410082;2.长沙交通学院) 摘 要:文中讨论了大跨度桥梁地震反应的发展与现状;对抗震分析的主要方法进行了 简介,并就存在的问题作了探讨;同时,简述了地震波的输入问题,并提出了笔者的观点;最 后,笔者就使用软件ANSYS应用于桥梁抗震分析谈了体会。 关键词:大跨度桥梁;地震反应;抗震分析;地震波;软件ANSYS Ξ 1 大跨度桥梁地震反应研究的发展与现状 桥梁地震反应研究的目的是为桥梁抗震设计提供科学依据和有效手段。早期主要采用简化静力法,50年代后发展了动力法的反应谱理论,近20年来对大跨度桥梁主要采用时程分析法。 1.1 静力法 早在1899年,日本大房森吉提出静力法的概念。它假设结构物各个部分与地面同步运动。因而可把惯性力视作静力进行抗震计算。 1951年,日本佐野倡导震度法,即根据静力法概念提出以结构的10%的重量作为水平地震荷载。 静力法把地震加速度看作是结构地震破坏的单一因素有极大的局限性,由于静力法抹掉了结构的动力特性,同时也就无法反映地震波的频谱特性对结构动力反应的影响。只有当结构物的基本周期比地面运动卓越周期小很多,从而结构物在振动时变形很小并可被当作刚体时,静力法才能成立。若超出这个范围就不能适用。因此它符合传统的力学模式,但对大跨度桥梁的抗震分析而言,静力法完全不适用。 1.2 反应谱方法 反应谱方法是动力分析的方法之一。目前在中小跨度的桥梁抗震设计中,广泛使用。它用于抗震设计主要包括两个基本的步骤:首先根据强震记录统计用于设计的地震反应谱;其次将结构振动方程进行振型分解,将物理位移用振型广义坐标表示,而广义坐标的最大值由前一步中的设计反应谱求得。最后,反应量的最大值可通过适当的方法将各振型反应最大值组合起来得到。 该方法的优点是一旦设计反应谱确定后,反应谱法的计算工作量主要就集中在振型分解及其反应的组合工作上。用该法做地震响应分析时,须充分重视振型数量的取值。由于大跨度桥梁的自振频率在一个相当宽的频带内密布,而地震波一般都是宽带激励,因此在用反应谱方法做大跨度桥梁的分析时,所取的振型数必须足够,否则极有可能漏掉对局部反应有重大贡献的振型。例如,在安庆斜拉桥的抗震分析时,所取的振型数应为前300阶,一般的作法是先取一定数量的振型试算,然后再增加振型数,进行结果比较,直到前后两次的结果比较接近为止。此外,由于规范给出的反应谱适用于周期小于或等于5s的结构,但大跨度桥梁尤其是大跨度斜拉桥、悬索桥的基本周期一般都超过了5s,因此在用反应谱方法分析大跨度桥梁时,必须研究长周期反应谱,正因如此,现在大跨度桥梁的抗震分析一般采用时程分析法。 反应谱法的最大缺点是原则上只适用于线性结构体系,但结构在强烈地震中一般都要进入非线性状态,弹性反应谱法不能直接使用。为解决这个问题,有两种方法:一种是研究弹塑性反应谱,另一种是在《公路工程抗震设计规范》中通过一个综合影响系数考虑非线性因素。另外,地震反应谱失掉相位信息,经叠加得到的结构反应最大值是一个近似值, 32 中 外 公 路 第21卷 第4期 2001年8月 收稿日期:2001-05-12 作者简介:陈星烨,男,长沙交通学院讲师,湖南大学在读硕士.
大跨度桥梁的抗震设计
1、概述 大跨度桥梁与中等跨径相比，因结构的空间性与复杂性，地震反应比较复杂，高阶振型的影响比较明显。目前大跨度桥梁的抗震设计还没有一个统一标准，国内规范没有对大跨度桥梁进行详细规定，抗震计算比较复杂。本文主要介绍了京津城际某大跨预应力混凝土连续梁墩身、基础部分的抗震计算。根据≤铁路工程抗震设计规范（修订）≥，运用midas有限元程序，采用反应谱分析方法计算地震力，以便为抗震设计提供依据。 本桥桥面系为无碴桥面预应力混凝土连续箱梁，其横截面为单箱单室截面，选取桥跨（40+64+40）m的预应力混凝土连续梁作为计算模型。混凝土采用C50，梁底下缘按二次抛物线变化；采双线圆端型桥墩，3号墩为制动墩，边墩简支梁固定支座设在4号墩。 图1 全桥模型 图2（a）边墩墩身尺寸图2（b）主墩墩身尺寸 2、动态反应分析 （一）有限元模型建立
结构分析的第一步就是建立模型，模型建立的正确与否，简化的模型是否能反映结构真实的受力情况，直接影响计算结果的正确性。本算例运用桥梁有限元计算软件Midas civil 建立全桥动力模型，模型中主梁、桥墩、承台均采用空间梁单元进行模拟，梁墩之间采用刚性连接释放约束模拟，承台底采用一般弹性支承模拟，将地基及桩基础对结构的作用简化成纵横向转动弹簧施加在承台底，平动刚度以刚性考虑。 转动弹簧计算参数列表 表1 转动弹簧计算参数（） 计算模型 图3 计算模型 ㈡抗震验算荷载的选取 连续梁全联质量和桥墩、承台质量通过定义结构自重向X、Y,Z方向转化。边跨简支梁质量，采用施加集中质量单元实现，纵桥向集中施加在4墩墩顶，质量大小为一跨简支梁的质量和二期恒载质量之和；横桥向施加在两边墩墩顶，质量取一跨简支梁的质量和二期恒载质量之和的一半。全梁二期恒载184KN/m。 活载取ZK列车活载进行验算，根据≤铁路工程抗震设计规范（修订）≥要求，对于Ⅰ、Ⅱ 级铁路，应分别按有车、无车进行计算，当桥上有车时，顺桥向不计活载引起的地震力，横桥向只计50%活荷载引起的地震力，作用点在轨顶以上2m处。需要分别对桥梁顺桥向及横桥向进行单独验算。 验算荷载列表 表2 验算荷载（KN）
桥梁抗风抗震复习资料
第一讲 1、《中华人民共和国防震减灾法》的主要内容是什么？ 答：主要内容包括：1.《防震减灾法》的立法目的2.《防震减灾法》的调整对象及适用范围3.防震减灾工作方针4.对各级人民政府的基本要求。5.政府各部门在防震减灾工作中的职责6.单位和个人的义务7.群测群防工作8.依靠科学进步提高防震减灾工作水平9.提高政府领导防震减灾工作能力10.提升地震监测能力和社会服务职能11.提高建设工程的抗震设防水平12.提高社会的非工程性地震预防能力13.及时完善地震应急救援等相关规定。 2、地震引起的地表破坏现象有哪几种？ 答：1.地表断裂 2.滑坡 3.砂土液化 4.软土震陷 3、工程结构主要有哪些震害现象？ 答：建筑结构软弱层机制破坏、钢筋混凝土柱压弯破坏和剪切破坏、梁柱节点破坏、框架填充墙剪切破坏、桥梁结构落梁、整体或部分倒塌、钢筋混凝土桥墩压弯破坏和剪切破坏、桥梁碰撞、节点破坏、现代斜拉桥震害现象等。 4、近年来结构震害的主要经验教训是什么？ 答：⑴结构抗震设防应采用性能设计原则。即在综合考虑工程造价、结构遭遇地震作用水平、结构的重要性、耐久性和修复费用等因素下，定义结构允许的损坏程度（性能）。 ⑵结构抗震设计应同时考虑强度和延性，尤其注重提高结构整体及延性构件的延性能力。 ⑶重视采用减隔震的设计技术，以提高结构的抗震性能。 ⑷对体系复杂的结构，强调进行空间非线性动力时程分析的必要性。 ⑸对桥梁结构，应重视支座的作用及其设计，同时开发更有效的防落梁装置。 ⑹充分认识到按早期规范设计的旧结构的地震易损性，认识到对重要的旧结构进行抗震加固的紧迫性和必要性。 ⑺充分认识到城市生命线工程遭受地震破坏可能导致的严重社会后果，认识到保证城市生命线工程抗震安全性的意义。 ⑻充分认识到，地震区的一切新建工程都都必须严格按照国家颁布的抗震设计规范进行设防，为此而增加一些基建投资是值得的和必要的。 第二讲 1、构造地震的成因是什么？ 答：构造地震主要是由于断层的错动而造成的。自板块构造学说提出后，人们已广泛接受这样的观点：断层错动是由全球性的大规模板块构造运动所造成的。可以说，板块构造运动是构造地震发生的宏观背景，而断层错动则是构造地震发生的局部机制。 2、什么是地震动的特性及其三要素？ 答：特性：地震动是以运动方式出现。地震动是迅速变化的随机振动，地震动的这一特点，导致了抗震设计对地震作用峰值的关注。地震动对结构的作用效应与结构的动力特性和变形反应有关。地震动具有更大的不确定性，这使得抗震设计不能完全依靠强度安全储备。 三要素：地震动的幅值（最大振幅或叫峰值）、频谱（波形）和持续时间（简称持时）， 3、什么是地震安全性评价？ 答：地震安全性评价是指对具体建设工程场址及其周围地区的地震地质条件、地
大跨度桥梁抗震设计方法
大跨度桥梁抗震设计方法 发表时间：2018-05-22T10:44:07.397Z 来源：《基层建设》2018年第6期作者：赵明剑王斌 [导读] 摘要：地震灾害的发生往往造成房屋倒塌、道路中断、桥梁破坏、人员伤亡等严重破坏，产生的次生破坏造成的经济损失更是巨大。 潍坊市市政工程设计研究院有限公司山东省潍坊市 261061 摘要：地震灾害的发生往往造成房屋倒塌、道路中断、桥梁破坏、人员伤亡等严重破坏，产生的次生破坏造成的经济损失更是巨大。以目前科技水平而言，地震尚无准确预测和控制手段；而地震的发生又是不可避免的，而我国又处于世界上两个最活跃的地震带上，因此在大垮度桥梁结构设计中研究抗震分析对地震灾害的预防是有十分重要的意义。本文主要对大跨度桥梁抗震设计方法进行了总结，着重于工程的实际可操作性和细节的处理。 关键词：大跨度；桥梁抗震；设计方法 抗震设计在大跨度桥梁建设过程中是非常重要的一个环节，抗震设计的合理与否对桥梁的整体抗震性能有着决定的作用。所以，在抗震设计过程中，要善于总结相关经验，分析各种震害特点，不断加深对地震机理的认识和研究，结合建设桥梁的实际功能特点，努力探究大跨度桥梁的抗震设计方法，并应用桥梁抗震加固技术，进一步提高桥梁的抗震性能，以减轻或避免震害。 1大跨度桥梁抗震设计状况 与中等跨度桥梁相比，大跨度桥梁的地震反应相对比较复杂，所以其抗震设计的难度也不断增大。例如高阶振型的影响较大，同时还要对多点激振、行波效应等进行充分的考虑。对于大跨度桥梁的抗震设计，具有一定的复杂性、系统性和综合性。大跨度桥梁的反应存在多变性，因此，导致抗震设计也是多样性。在当前的桥梁设计规范和规定中，很多内容是针对中等桥梁制定的，而对于大跨度桥梁的抗震方面，尚属于发展的前期阶段，很多问题需要得到全面、积极的解决。JTJ004-89《公路工程抗震设计规范》规定地震烈度7度以上地区的新建桥梁都必须设计抗震设防，在桥梁抗震设计中普遍采用“小震不坏、中震可修、大震不倒”的分类设防原则。 2在地震中桥梁较易产生破坏的位置及其原因 2.1上部结构的震害 桥梁的上部结构在地震中出现损坏是比较常见的损坏主要有三种类型：分别是碰撞损坏、移位损坏和自身损坏。由于上部结构承受自身重力荷载和使用荷载，设计时按照弹性设计，在抗震设计中通常也设计为较强的环节。因此地震中上部结构基本上可以保持弹性。上部结构由于自身强度不足引起的破坏仅仅是局部的。就一般而言，上部结构的损伤引起桥梁倒塌的可能性不大。与主梁破坏相比之下，上部结构中支座破坏却是较为常见。上部结构的地震惯性力主要是通过支座传递到下部结构上，当支座传递的荷载超过支座的设计强度时就有可能产生支座破坏，即地震过程中，桥梁支座将承受很大的剪力和变形，当剪力超锚栓的强度后，描栓破坏，或者支座变位超过活动支座的允许值，使得桥梁倾斜或者支座错位。支座一旦发生破坏，梁体无约束活动节点处的位移极有可能超出支座长度范围，发生落梁破坏或者由于支座失效后，主梁横向震动时，抗震挡块设置不甚合理没能够有效的防止落梁发生。 2.2地基 地基土（如饱和粉细纱和饱和粘沙土）的地震液化影响，同样加大了地震位移的影响，进而放大了结构的振动反应，使落梁的可能性增大。当采用排架桩基础时，则使桩基的承载力降低，从而造成与地震反应无关的过大的竖向和横向位移，而简支梁桥对此尤为明显。另外，由于地基软弱，地震时当部分地基液化失效后引起了结构物的整体倾斜，下沉等严重变形，进而导致结构物的破坏，震害较重。 2.3墩柱破坏 墩柱是桥梁抗侧向力的主要构件，因此墩柱的破坏是最普遍的。墩柱破坏的主要表现形式有：弯曲强度不足、弯曲延性不足、纵筋搭接区的抗弯能力以及剪切强度不足等。墩柱的破坏往往引起一系列的连锁反应，如落梁、整个结构的倒塌等。而落梁对墩台侧壁的撞击又对下部结构造成新的破坏。 3大跨度桥梁的抗震设计方法 大跨度桥梁的抗震设计，具有实践性的要求，严格按照桥梁周围的环境及自身需求，规划抗震的方案。分析大跨度桥梁的抗震设计，如下： 3.1概念设计 大跨度桥梁工程中，涉及到锚固、索结构等多项技术，先要规划出大跨度桥梁的抗震设计，再安排抗震加固措施。概念设计在大跨度抗震中，有利于提高结构抗震的水平，决定了桥梁抗震的水平。概念设计与抗震计算，同属于大跨度桥梁抗震设计中的措施，而概念设计，起到关键性的作用，其可根据大跨度桥梁各部分的关系，设计出抗震的措施，促使桥梁抗震具有可实施的特性，而且概念设计还能评估大跨度桥梁对地震的评估能力，致力于设计出优质的抗震结构，设计人员可以根据概念设计，灵活的更改抗震设计的方式，促使抗震设计更加符合大跨度桥梁的实际情况。 3.2延性抗震设计 首先，结构延性定义：表示结构从屈服到破坏的后期变形能力，是结构能量耗散能力的主要度量。 其次，延性抗震设计的分类：a）上部、基础弹性，墩柱延性设计；b）墩柱、基础弹性，上部结构延性（钢桥）；c）墩柱、基础、上部结构弹性，支座弹缩性――减隔震设计（在后节中介绍） 最后，墩柱结构构造措施：墩柱潜在塑性铰区域内加密箍筋的配置：a）加密区的长度：弯曲方向截面宽度的1.0倍，超过最大弯矩80%的范围；b）加密箍筋的最大间距：10cm或6ds或b/4；c）箍筋的直径不应小于：10mm；d）螺旋式箍筋的接头必须采用对接，矩形箍筋应有135度的弯钩，并深入核心混凝土之内6cm以上；e）加密区箍筋肢距：25cm；f）墩柱的纵筋应尽可能延伸至盖梁或承台的另一侧面，塑性铰加密区域的箍筋应该延续到盖梁和承台内，延伸到盖梁和承台的距离不应小于墩柱长边尺寸的1/2，并不小于50cm。 3.3桥梁减、隔震设计 减、隔震技术是简便、经济、先进的工程抗震手段。减、隔震装置是通过增大结构主要振型的周期使其落在地震能量较少的范围内或增大结构的能量耗散能力来达到减小结构地震反应的目的。在进行抗震设计时，要根据结构特点和场地地震波的频率特性，通过选用合适的减隔震装置、相应参数以及设置方案，合理分配结构的受力和变形。一方面，应将重点放在提高吸收能量能力从而增大阻尼和分散地震
简支梁的地震响应分析
简支梁的地震响应分析 /PREP7 !进入前处理模块 /TITLE, EX 8.4(3) by Zeng P, Lei L P, Fang G ET,1,BEAM3 !设定1号单元 L=240 $A=273.9726 $H=14 $I=1000/3 !设定几何参数 R,1,273.9726,(1000/3),14 !设定1号实常数(梁单元) MP,EX,1,3E7 $MP,PRXY,1,0.3 $MP,DENS,1,73E-5 !设定弹性模量, 泊松比, 密度 K,1,0,0 $K,2,L,0 !生成两个关键点 L,1,2 !由关键点生成线 ESIZE,,8 !设定单元网格划分的分段数 LMESH,1 !对1号线划分单元网格 NSEL,S,LOC,X,0 !选择位置x=0的节点 D,ALL,UY !对所选择的节点施加位移约束UY=0 NSEL,S,LOC,X,L !选择位置x=L的节点 D,ALL,UX,,,,,UY !对所选择的节点施加位移约束UX=UY=0 NSEL,ALL !选择所有节点 FINISH !结束前处理模块 /SOLU !进入求解模块 ANTYPE,MODAL !设定模态分析方式 MODOPT,REDUC,,,,3 !设置缩减算法，提取3阶模态 MXPAND,1,,,YES ! 设定模态扩展的阶数为1，并计算单元及支反力结果 M,ALL,UY !对所有节点定义主自由度UY OUTPR,BASIC,1 !设置输出结果的方式 SOLVE !进行求解 *GET,F1,MODE,1,FREQ !提取第一阶模态频率，赋给F1 FINISH !结束 /SOLU !进入求解模块 ANTYPE,SPECTR !设定谱分析方式 SPOPT,SPRS !设定单点激励谱分析 SED,,1, !设定单点激励的方向为Y轴 SVTYP,3 !指定单点响应谱类型为地震位移谱 FREQ,.1,10 !设定频率数据表格的频率点 SV,,.44,.44 !设定频率数据表格的对应于频率点的激励值SOLVE !进行求解 *GET,F1_COEF,MODE,1,MCOEF !提取模态1的谱分析结果的模态系数FINISH !结束求解 /POST1 !进入一般性后处理模块 SET,1,1,F1_COEF !调出第1阶模态的结果，并乘以模态系数PRNSOL,DOF !打印节点结果 PRESOL,ELEM !打印单元结果 PRRSOL,F !打印支反力结果
地震作用下桥梁结构横向碰撞模型及参数分析
振 动 与 冲 击 第26卷第9期 JOURNAL OF V I B RATI O N AND SHOCK Vol .26No .92007 地震作用下桥梁结构横向碰撞模型及参数分析 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50578118)收稿日期:2006-12-18 修改稿收到日期:2007-01-18第一作者邓育林男,博士生,1977年3月生 邓育林, 彭天波, 李建中 (同济大学桥梁系,上海 200092) 摘 要:针对桥梁结构在地震作用下梁体与横向挡块间的碰撞现象,采用非线性时程积分法,研究了横向地震作 用下梁体与挡块间的碰撞效应。通过对刚体碰撞模型分析,推导出阻尼常数与恢复系数间的关系表达式,在此基础上建 立了能考虑碰撞过程中能量损失的桥梁横向碰撞模型,并对碰撞刚度、初始间隙、恢复系数以及桥梁跨径等参数进行了影响分析。分析结果表明:最大撞击力随碰撞刚度和桥梁跨径的增大而增大,但随初始间隙的变化规律不明显;恢复系数对碰撞效应影响很大,忽略碰撞过程中的能量损失会高估碰撞反应。为减轻梁体与横向挡块间的碰撞效应,提出了挡块刚度的合理取值。 关键词:横向地震;非线性;碰撞效应;碰撞模型;参数分析 中图分类号:U442.5+5 文献标识码:A 最近二十余年,地球上发生的多次地震灾害对桥 梁抗震设计理论产生了巨大影响,并且开展了一系列深入研究。其中地震作用下,结构的碰撞被认为是影响结构地震反应和结构抗震性能的一个重要因素。许多桥梁结构地震震害表明:桥梁连接构造处的碰撞是 引起结构破坏的主要原因之一[1,2] 。从历次大地震中可知碰撞不但造成构造设施的损坏,而且还会引起相应构件内力急剧增大,对下部结构的延性能力要求增 加,甚至造成桥梁墩台脆性剪切破坏[3-5] 。 在桥梁工程中,为了防止落梁的震害或保证支座的抗震安全性,通常采用设置挡块的抗震措施。目前,各国学者对挡块的抗震性能研究不多,在国外,Shervin Maleki [6,7] 对简支梁桥上部结构与横向约束挡块间碰撞效应进行了研究,分析表明碰撞刚度、初始间隙和结构周期影响很大,同时指出忽略碰撞效应,将会低估挡块及下部结构的地震需求,在抗震设计中造成不安全的结果。其不足是采用的是线性碰撞模型,没有考虑碰撞过程中的能量损失。而在国内,目前的桥梁工程抗震规范仅把挡块作为一种构造措施,实际上挡块的作用对主体结构的地震反应有较大的影响,因而在地震反应分析中,分析挡块的作用以及横向碰撞效应就很有意义。本文通过刚体碰撞模型分析,推导出阻尼常数与恢复系数间的关系,在此基础上建立了简支梁桥横向碰撞简化模型,并进行了参数分析,得到了一些结论和规律,为减轻地震作用下碰撞效应提供依据。 1 刚体碰撞模型 对于混凝土简支梁桥, 上部结构横向刚度一般很 图1 刚体碰撞模型 大,可将其视为刚体,在与挡块发生碰撞时,由于碰撞持时很短,横向碰撞过程可以等效为图1刚体碰撞模型,其中m 为刚体质量,k 为碰撞刚度,c 代表碰撞 过程中的能量损失,假定在t =0时刻发生碰撞。 建立系统的运动方程 m x ?? +cx ? +kx +0x (0)=0,x ? (0)=υ (1) 对于小阻尼情况,上式解为: x (t )=A exp (-ξωn t )sin ωd t (2) 式中 ξ=c /(2m ωn )<1,A =υ0/ωd ,ωd =1-ξ2 ωn , ωn = k /m 。 由条件cx ? (t 0)+kx (t 0)=0或x ?? (t 0)=0可以得到碰撞接触时间。对式(2)求二阶导数并代入t =t 0得: -A exp (-ξωn t 0)[(1-2ξ2 )ωn sin ωd t 0+2 ξωd cos ωd t 0]=0(3)碰撞接触时间为上式的最小正解,即 t 0=π-arctan λωn 1-ξ 2,λ=2 ξ1-ξ2 1-2ξ2(4)同样,可以给出碰撞前后的速度关系,对式(2)求一阶导数并计算碰撞末t =t 0的速度:x ?(t 0)=υ0 1-2ξ2exp [-ξ1-ξ 2(π-arctan λ)]?co s (π-arctan λ)(5) 引入Ne wt on 恢复系数e,得到碰撞前后速度比:
大跨度桥梁设计的论文
大跨度桥梁设计的论文 一、非线性地震反应分析 大跨度桥梁结构的非线性可分为材料非线性(又可称为物理非线性或弹塑性)和几何非线性两种，一般情况下结构的几何非线性可通过考虑所谓的P-△效应来进行在结构非线性地震反应分析的计算理论研究方面，备受关注的是结构的弹塑性分析，这不仅是因为相对于几何非线性而言，结构的弹塑性性能对于结构的抗震性能影响较大，而且更由于问题的复杂性。所以国内外众多学者针对后者开展了大量的研究工作。在大跨度公路桥梁弹塑性地震反应分析的力学模型中，根据各种构件的工作状态，将结构简化为杆系结构是合理的，同时对计算而言也是非常经济的。若按构件所处的空间位置可把力学模型分为平面模型和空间模型两种。若按模型中所采用的单元应力水平的种类来分，又可分为微观模型(采用应力空间)和宏观模型(采用内力空间)两种。由于微观模型要求将结构划分为足够小的单元，尽管很有效但所需的计算量较大，只适用较小规模的结构或构件的非线性分析，因此在实际工作中应用的范围比较有限，所以这里仅按前一种分类方法来加以讨论。 在结构弹塑性地震反应分析中，构件恢复力模型的确定是基本的步骤而构件的恢复力关系又集中反映在滞回特性曲线上，基本指标有曲线形状、骨架曲线及其特征参数、强度、刚度及其退化规律、滞回耗能机制、延性和等效滞回阻尼系数等。国内外在这方面已进行了大量的试验研究并取得了相应的研究成果。在平面模型中，根据所采用的塑性铰类型可把它分为集中塑性铰模型和分布塑性铰模型两大类。在集中塑性铰模型中，有代表性的一种是Clough等于1965年提出的双分量单元模型，该单元模型采用两根平行杆来模拟构件，其中一根用来表示具有屈服特性的弹塑性杆，另一根用来表示完全弹性杆，非弹性变形集中于杆件两端的集中塑性铰处，该模型的最大不足是不能考虑构件刚度退化。另一种有代表性的是1969年Giber-son提出的单分量模型，它克服了Clough双分量模型的不足，同时只用两个杆端塑性转角来刻划杆件的弹塑性性能，而杆件两端的弹塑性参数又是相互独立的，因此应用起来较为简便。其缺点是基本假设中有地震过程中反弯点不能移动的限制，所以对一些与基本假设不甚相符的特殊情况其使用的合理性就受到了限制。 二、多点激振效应 通常桥梁结构的地震反应分析是假定所有桥墩墩底的地震运动是一致的。而实际上，由于地震机制、地震渡的传播特征、地形地质构造的不同，使得入射地震在空间和时间上均是变化的。即使其他条件完全相同，由于地面上的各点到震源的距离不同，它们接收到的地震波必然存在着时间差(相位差)，由此导致地表的非同步振动。这一点已被地震观测结果所证实。因此，多点地震输入是更合理的地震输入模式。特别是大跨度桥梁结构，当地震波的波长小于相邻桥墩的跨度时，入射到各墩的地震波的相位是不同的，由于在桥长范围内各墩下的基础类型和周围的场地条件可能有很大的差别，因此入射到各墩的地震波的波形也可能是不同的。有关实际震害表明，入射地震波的相位差可增大桥跨落梁的危险性。所以就地震波传播过程中的多点激振效应进行研究是有很大的'实际意义的。
ANSYS地震响应分析讨论
地震响应分析 1模态组合就是根据模态分析中的几阶振型（也可以少于这几阶，看你要求的精度）进行组合（类似于结构最不利组合），从而求出地震响应的最大值。 2组合各振型反应的最大值，求得结构地震响应的最大值。 这个问题在论坛上已经有很多人问过，也有各种各样的回答，但是至今没有令人满意的解答。我自己试过很多种方法，加上论坛上其他人提到的方法，大致归类如下： 1.先做静力恒载工况分析，打开预应力pstres开关；然后转到时程分析。 结果：恒载对后面的时程计算不起作用，时程计算依然从0开始。 2.直接在antype，trans中考虑恒载：先把timint，off加acel,,9.81,打开应力刚化，sstif，on，lswrite，1，然后timint，on开始时程计算。 结果：恒载9.81起作用了，但结果是错的，它被积分了。 3.不用什么前处理，直接把9.81加在地震波上acel，9.81+ac（i）。 结果，同2，9.81带入了积分，这个9.81相当于阶跃荷载，而不是产生恒载。 4.ansys帮助中施加初始加速度的方法（篇幅限制请自己看帮助）。 结果，同2、3，9.81还是带进时间积分。 5.这种是我受到别人的启发，通过结构受ramp荷载的特点施加的，可以近似的解决问题。 即1）求出结构的自振一阶频率w 2）令tr＝1/w 3) 定义ramp荷载为从0到tr加到9.81，然后在整个时间积分中保持不变 4）antype,trans中分几个荷载步将荷载从0加到9.81 5) 在随后的荷载步中acel，，9.81+ac（i） 这种做法虽然也是将9.81++加到地震波中，但是因为满足TR的要求，所以这个动力效应被削弱到了静力效应，它作用在结构上就像静载一样。对于单自由度结构理论上跟静载是完全一样的，但是多自由度会子静力效应上下很小的范围内波动，所以可以认为相当于静载的作用，这样我们就可以达到考虑恒载的目的了。 第5种是我至今为止考虑恒载的做法，我也很想知道还有没有更简单精确的方法，或者在前4种方法中就有只是我使用不正确，希望大家能一起来讨论，彻底解决这个问题。谢谢！ 地震反应怎么考虑重力 SOLU ANTYPE, TRANS TRNOPT,FULL TIMINT,OFF !*先关闭时间积分效应 TIME,1E-8 !*设一个极短的积分时间 acel,,9.8 NSUBST,2 !有时候子步数要增大 KBC,1 LSWR,1 !*把这个写入第一步 TIMINT,ON !*然后再时间积分效应开关，以后就正常写载荷步了 这种方法应该是对的,ANSYS帮助文件中也有提到, 可是,有一个问题:由于是阶跃荷载,就会产生动力效应,整个结构的变形大于实际的情况吧?这样与实际结构在重力下受到的变形就不一样了!
地震反应分析：动力方法
地震反应分析：动力方法Structural Response Analysis: Dynamic Methods 教师：李爽副教授 lleshuang@https://www.360docs.net/doc/616148221.html, 2015年4月10日 1
本章导读 ?多维动力分析输入的一般处理方法 ?多次动力分析结果的一般处理方法 ?增量动力分析法(Incremental Dynamic Analysis Method，IDA) ?云图分析方法(Cloud Analysis Method)?结构地震模拟振动台试验基本步骤 2
多维动力分析输入的一般处理方法?当结构采用三维空间模型等需要双向 （两个水平方向）或三向（两个水平一 个竖向）地震动输入时，其加速度峰值 可按1（水平1）：0.85（水平2）：0.65 （竖向）的比例调整 ?具体如何操作？ 3
4 多维动力分析输入的一般处理方法 （2）初步选择若干条地震动，将所选择地震动进行反应谱分析，并与设计反应谱绘制在一起 （3）计算结构振型参与质量达到XX %（如50%~90%）对应各周期点处的地震动谱值（或0.2T 1~1.5T 1）。检查各周期处的包络值与设计反应谱值相差是否不超过20%。如不满足，则回到第二步重新选择地震动 （4）将各地震动在主要周期点处各方向上的值，按1（水平1）：0.85（水平2）：0.65（竖向）加权求和，按该求和值从小到大的顺序输入地震动（仅针对振动台试验，数值 计算不用分先后顺序，因为后者没有损伤）（1）根据研究对象所在场地类型和设防烈度确定地震设计反应谱（加速度反应谱）
多次动力分析结果的一般处理方法 ?《规范》规定 特别不规则的建筑、甲类建筑和下表所列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算；当取三组加速度时程曲线输入时，计算结果宜取时程法的包络值和振型分解反应谱法的较大值。当取七组及七组以上的时程曲线时，计算结果可取时程法的平均值和振型分解反应谱法的较大值 5
山区大跨度桥梁设计
山区大跨度桥梁设计 段，为道路生命线工程的重要组成部分。对山区大跨度公路桥梁设计的研究具有重要的现实意义，在桥型的比选上有相当的难度和复杂性，而桥梁的设置是否合理，桥梁设计方案是否合理，直接影响整条路线的工程造价及使用功能。因此在设计中必须协调好桥梁各细部构造与地形、地质之间的关系。以下针对山区大跨度桥梁的特点，探讨山区大跨度桥梁设计的要点，对大跨度公路桥梁进行正确的抗震分析，对于提高其抗震能力，特别是抗大震的能力是至关重要的。目前，国内外进展迅速的桥梁建设已对大跨度公路桥梁的抗震分析提出了更高的要求，与之相应的结构地震反应分析理论研究也呈现出一些新的特点。对于大跨度公路桥梁而言，在强震作用下结构的非线性性能、地震波传播过程中的多点激振效应、隔震技术的动力模型及其应用研究以及地震反应分析软件研究具有更大的现实意义。 一、非线性地震反应分析 大跨度桥梁结构的非线性可分为材料非线性（又可称为物理非线性或弹塑性）和几何非线性两种，一般情况下结构的几何非线性可通过考虑所谓的P-△效应来进行在结构非线性地震反应分析的计算理论研究方面，备受关注的是结构的弹塑性分析，这不仅是因为相对于几何非线性而言，结构的弹塑性性能对于结构的抗震性能影响较大，而且更由于问题的复杂性。所以国内外众多学者针对后者开展了大量的研究工作。在大跨度公路桥梁弹塑性地震反应分析的力学模型中，根据各种构件的
工作状态，将结构简化为杆系结构是合理的，同时对计算而言也是非常经济的。若按构件所处的空间位置可把力学模型分为平面模型和空间模型两种。若按模型中所采用的单元应力水平的种类来分，又可分为微观模型（采用应力空间）和宏观模型（采用内力空间）两种。由于微观模型要求将结构划分为足够小的单元，尽管很有效但所需的计算量较大，只适用较小规模的结构或构件的非线性分析，因此在实际工作中应用的范围比较有限，所以这里仅按前一种分类方法来加以讨论。 在结构弹塑性地震反应分析中，构件恢复力模型的确定是基本的步骤而构件的恢复力关系又集中反映在滞回特性曲线上，基本指标有曲线形状、骨架曲线及其特征参数、强度、刚度及其退化规律、滞回耗能机制、延性和等效滞回阻尼系数等。国内外在这方面已进行了大量的试验研究并取得了相应的研究成果。在平面模型中，根据所采用的塑性铰类型可把它分为集中塑性铰模型和分布塑性铰模型两大类。在集中塑性铰模型中，有代表性的一种是Clough等于1965年提出的双分量单元模型，该单元模型采用两根平行杆来模拟构件，其中一根用来表示具有屈服特性的弹塑性杆，另一根用来表示完全弹性杆，非弹性变形集中于杆件两端的集中塑性铰处，该模型的最大不足是不能考虑构件刚度退化。另一种有代表性的是1969年Giber-son提出的单分量模型，它克服了Clough 双分量模型的不足，同时只用两个杆端塑性转角来刻划杆件的弹塑性性能，而杆件两端的弹塑性参数又是相互独立的，因此应用起来较为简便。其缺点是基本假设中有地震过程中反弯点不能移动的限制，所以对一些与基本假设不甚相符的特殊情况其使用的合理性就受到了限制。
地震响应的反应谱法与时程分析比较
发电厂房墙体地震响应的反应谱法与时程分析比较 1问题描述 发电厂房墙体的基本模型如图1所示： 图1 发电厂墙体几何模型 基本要求：依据class 9_10.pdf的最后一页的作业建立ansys模型,考虑两个水平向地震波的共同作用(地震载荷按RG1.60标准谱缩放,谱值如下)，主要计算底部跨中单宽上的剪力与弯矩最大值,及顶部水平位移。要求详细的ansys反应谱法命令流与手算验证过程。以时程法结果进行比较。分析不同阻尼值(0.02,0.05,0.10)的影响。 RG1.60标准谱 (1g=9.81m/s2) (设计地震动值为0.1g) 频率谱值(g) 33 0.1 9 0.261 2.5 0.313 0.25 0.047 与RG1.60标准谱对应的两条人工波见文件rg160x.txt与rg160y.txt
2数值分析框图思路与理论简介 2.1理论简介 该问题主要牵涉到结构动力分析当中的时程分析和谱分析。时程分析是用于确定承受任意随时间变化荷载的结构动力响应的一种方法。谱分析是模态分析的扩展，是用模态分析结果与已知的谱联系起来计算模型的位移和应力的分析技术。 2.2 分析框架： 时程分析：在X和Z两个水平方向地震波作用下，提取底部跨中单宽上的剪力、弯矩值和顶部水平位移，并求出最大响应。 谱分析：先做模态分析，再求谱解，由于X和Z两个方向的单点谱激励，因此需进行两次谱分析，分别记入不同的工况最后组合进行后处理得出结够顶部水平位移、底部单宽上剪力和弯矩的最大响应。 3有限元模型与荷载说明 3.1 有限元模型 考虑结构的几何特性建立有限元模型，首先建立平面几何模型，并将模型进行合理的切割，采用plane42单元，使用映射划分网格的方法生产平面单元（XOY平面）。然后，采用solid45单元，设置拖拉方向的单元尺寸并清楚初始平面单元plane42，将平面单元进行拖拉，最后生成发电厂墙体的有限元立体几何模型。单元总数为6060个，总节点数为8174个，有限元模型如图2所示： 图2 发电厂墙体有限元模型 3.2 荷载说明
结构地震反应分析
结构地震反应分析 摘要：结构地震反应分析方法有很多，单自由度体系可以采用duhamel积分法，多自由体系可以采用振型分解法，和直接积分法。在工程实践中，根据建筑物的结构体系，抗震设防烈度，选择合适的方法，计算结构的动力特性和响应。本文对一个7层框架结构进行抗震计算，采用不同的计算方法计算结构动力特性和响应。 关键词：duhamel积分法多自由度体系振型分解法直接积分法 Structural seismic response analysis FeiJianWei Civil and traffic institute structural engineering 200820104470 Abstract: There are many methods for Structural seismic response analysis, single-degree-of-freedom system using duhamel integral method, more free system can use strikeout decomposition method, and the direct integral method. In engineering practice, according to the building of the structure types, the seismic fortification intensity, select the appropriate method to calculate the dynamic characteristics, and response. Article choose a 7 layers framework for earthquake-resistant calculation, using different calculation method to calculate the dynamic characteristics and response. Keywords: duhamel integral method ；multi-freedom system ；vibration mode decomposition method ；direct integral method 1 前言 建筑结构抗震设计首先要计算结构的地震作用，然后再求出结构和构件的地震作用效应。结构的地震作用效应就是指地震作用在结构中所产生的内力和变形，主要有弯矩、剪力、袖向力和位移等，最后将地震作用效应与其他荷载效应进行组合，并验算结构和构件的抗震承载力及变形，以满足“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设计要求。 结构的地震反应是指地震引起的结构振动，它包括地震在结构中引起的速度、加速度、位移和内力等。结构的地震反应分析属于结构动力学的范畴，比结构的静力分析要复杂得多。因为结构的地震反应不仅与地震作用的大小及其随时间的变化特性有关，而且还取决于结构本身的动力特性，即结构的自振周期和阻尼等。然而，地震时地面的运动是一种很难确定的随机过程，运动极不规则，而建筑结构又是一个由各种不同构件组成的空间体系，其动力特性也十分复杂。因此，地震引起的结构振动实际上是一种很复杂的空间振动。这样，在进行建筑结构的地震反应分析时，为了便于计算，常需做出一系列简化的假定[1]。 1.1 结构抗震理论的发展 近百年来，经过各国学者的共同努力，结构抗震理论的研究取得了长足的发展。结构抗震理论的发展可以划分为静力理论、反应谱理论和动力理论三个发展阶段。 1.1.1 静力理论 水平静力抗震理论创始于意大利，发展于日本，1900年日本学者大森房吉提出震度法的概念。该理论认为：结构物所受到的地震作用，可以简化为作用于结构的等效水平静力F，其大小等于结构重力荷载G乘以地震系数k，即： F =α G / g = kG(1.1)