中、下承式拱橋抗震性能分析.pdf

1、橋梁是交通運輸系統(tǒng)中的樞紐工程，也是抗震防災(zāi)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，強烈地震中橋梁設(shè)施嚴重損壞、倒塌不但會直接造成巨大的直接經(jīng)濟損失，而且會切斷當?shù)氐慕煌肪€，使震后救災(zāi)工作愈發(fā)困難，次生災(zāi)害不斷加重，所以提高橋梁的抗震性能是減輕地震損失、加強區(qū)域安全的基本措施之一。中、下承式拱橋具有突出的美學(xué)效果，在我國橋梁工程中得到廣泛應(yīng)用，由于中、下承式拱橋是近期發(fā)展起來的一種新型橋型，沒有受到強烈地震檢驗，橋梁的抗震性能如何，困惑著橋梁設(shè)計和

2、管理工作者。本文對中、下承式拱橋的地震響應(yīng)進行研究，所得結(jié)論對了解中、下承式拱橋的抗震性能具有重要的實用價值。 本文以平行式、提籃式和斜靠式3種中、下承式鋼筋混凝土拱橋為工程實例，采用有限元程序MIDAS/Civil對橋梁進行仿真計算，用空間梁單元模擬拱肋、系梁、端橫梁、中橫梁和縱梁等構(gòu)件，用板單元模擬橋面板，用只承受拉力的桁架單元模擬吊桿，建立了平行式、提籃式和斜靠式3種中、下承式拱橋的空間有限元計算模型，對其進行動力性能和地

3、震響應(yīng)計算，比較了3種不同橋型自振特性的特點，得出了3種拱橋在縱向、橫向地震作用下的位移、內(nèi)力最大響應(yīng)值，所得結(jié)果可為該類拱橋抗震設(shè)計和養(yǎng)護提供參考。本文完成的主要工作和取得的結(jié)論如下： 1.中、下承式鋼筋混凝土拱橋動力性能計算分析結(jié)論： (1) 振型主要有拱肋面外橫向振動、結(jié)構(gòu)整體豎向振動和扭轉(zhuǎn)振動3種形式，在高階振型中才出現(xiàn)橋面系的橫向振動。 (2) 3種拱橋中斜靠式拱橋的振型比其它兩種拱橋的振型密集，橋面

4、系的面內(nèi)剛度、結(jié)構(gòu)整體豎向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度也比其它兩種拱橋剛度大。 (3) 3種拱橋都是首先出現(xiàn)拱肋的面外橫向振動，低階振型均以拱肋面外橫向振動為主，拱肋的橫向自振頻率小于豎向自振頻率，拱肋橫向剛度明顯小于豎向剛度。 (4) 斜靠式拱橋的橫向振動基頻比平行式拱橋和提籃式拱橋的橫向振動基頻大，自振周期最小，第1階振動周期為1.616s，說明此類拱橋?qū)儆谳^柔性結(jié)構(gòu)，在采用振型迭加法計算橋梁地震響應(yīng)時應(yīng)適當考慮高階振型的影響

5、。 (5) 3種拱橋的豎向振動都表現(xiàn)為橋梁結(jié)構(gòu)整體豎向振動，這是由于拱肋與系桿梁之間設(shè)有多根吊桿相連，使得拱肋和橋面在豎向出現(xiàn)同步振動的特征。 (6) 3種拱橋的扭轉(zhuǎn)振動都出現(xiàn)較晚，這是由于橋梁主拱和橋面系桿梁之間設(shè)有吊桿，端橫梁又與系桿梁組成橋面平面內(nèi)框架體系，使得這種橋型整體扭轉(zhuǎn)剛度較大。 2.中、下承式鋼筋混凝土拱橋抗震時程計算分析結(jié)論： (1) 在縱向地震作用下，3種拱橋的縱向位移、豎向位移

6、與橫向位移相比較大，但各個方向的位移總體都比較小，縱向和豎向位移最大值在1/4跨或其附近出現(xiàn)；3種拱橋?qū)?yīng)位置的縱向、豎向與橫向位移差別較小。 (2)在橫向地震作用下，3種拱橋的位移響應(yīng)以橫向位移為主，橫向位移明顯比縱向和豎向位移大，橫向位移最大值都出現(xiàn)在跨中或者靠近跨中的位置，原因是拱肋的面外剛度較小，橫向地震作用是面外荷載，所以，拱肋的橫向位移較大，計算結(jié)果符合物理概念。 (3)在縱向地震作用下，3種拱橋拱肋的軸力

7、較大，剪力較小，且橫向剪力比豎向剪力小，拱肋的拱腳處各項內(nèi)力均較大，跨中部位豎向剪力較大，其它各項內(nèi)力較??；橫撐連接處拱肋的橫向和豎向剪力都比較大，這是因為在跨中截面位置，縱向地震作用對于橋梁縱向來說相當于施加水平反對稱荷載，對稱性內(nèi)力的響應(yīng)比較小，反對稱的內(nèi)力響應(yīng)比較大，計算結(jié)果符合物理概念；拱腳處和拱頂橫撐連接處為結(jié)構(gòu)受力最不利位置。 (4)在橫向地震作用下，3種拱橋的內(nèi)力與在縱向地震作用下的內(nèi)力相比，橫向剪力和面外彎矩有明

8、顯的增加，軸力和面內(nèi)彎矩變化不大，但各項內(nèi)力仍然是在拱腳部位較大，橫撐連接處拱肋各項內(nèi)力都有不同程度的增加，說明拱腳處和拱頂橫撐連接處在橫向地震作用下受力復(fù)雜，是結(jié)構(gòu)受力最不利位置。 (5)在Elcentro地震波和Taft地震波作用下，3種拱橋的地震響應(yīng)均有不同程度的變化，前者作用比后者作用時的地震響應(yīng)大，說明地震波的頻譜特性對橋梁結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)有一定的影響。 (6)3種橋型的主拱拱腳和拱頂橫撐處的內(nèi)力或應(yīng)力絕對值較大