大跨斜拉桥动力特性及几何非线性地震响应分析.pdf

#工程结构#

大跨斜拉桥动力特性及几何非线性地震响应分析

陶皎蛟,李斌,赵雷
(西南交通大学桥梁工程系,四川成都610031)

摘要利用ANSYS程序对重庆某长江大桥建模。在考虑了重力及斜拉索初应力的情况下进行了
模态分析,得到其自振频率和振型特征。输入加速度时程采用修改后的El-Centro波,分别考虑了横向、竖
向、纵向输入及行波激励,得到其地震响应。通过对位移响应结果和内力响应结果的分析、验算,由地震荷载
引起的内力远小于由恒载、活载引起的内力,证明地震荷载不控制该桥的设计。
关键词斜拉桥;ANSYS;几何非线性;时程分析;行波激励

中图分类号U44827文献标识码B

地震,历来是严重危害人类的一大自然灾害,是地球内对于一座大跨度斜拉桥,采用有限元法离散,可以得到
部某部分急剧运动而发生的传播振动的现象。大地震爆发结构的动力平衡方程:
时,释放出巨大的地震能量,造成地表和人为工程的大量破[M]{u!}+[C]{u}+[K]{u}={p}(1)
坏,严重危害人民生命和财产的安全。用大质量法建立的强迫运动模型如图1所示。
我国是一个多地震的国家,自唐山地震以来,抗震防灾工作
正日益受到重观。随着我国交通事业的迅速发展,桥梁无论是
在数量上还是延伸长度上都在快速增长。而我国大陆地震活动
开始进入活跃期,这种状态可能一直要持续到本世纪末。
桥梁作为重要的社会基础设施,具有投资大、公共性强、
维护管理困难的特点。桥梁同时又是抗震防灾、危机管理系
统的一个重要组成部分。地震中桥梁设施的损坏、倒塌所带图1大质量法示意图
来的影响往往超过修建或维修所需要的巨额财政支出。提
将一个质量很大的集中质量(103~108倍结构质量)附
高桥梁抗震能力,是我国交通土建所面临的重大课题。鉴于
着于基础激励处,然后释放基础激励方向的自由度,并在集
桥梁在国民经济、居民日常生活等各方面占据的特殊重要的
中质量上施加与激励方向相同的一个力p,p的计算公式如
地位,以及20世纪出现的几次惨重的地震灾害的教训,对这
下式(2)。
些重大工程,必须进行合理的抗震分析和设防。
!
本文采用ANSYS对斜拉桥进行了动力特性分析,为进一步P=MLU0(2)
!
分析结构的抗震性能和抗风稳定性打下了基础;另外还分析了式中:ML为集中大质量,U0为基础加速度激励。将M、
桥梁的几何非线性地震响应。给出了主梁、桥塔的内力位移时P代入动力方程,得矩阵式:
程。其计算方法和计算结果可供有关设计人员参考。
U!
m11∀m1j∀m1n1
1工程概况
m∀M∀mU!+
某长江大桥位于大渡口区至巴南区花溪镇先锋村石子j1Ljnj
山区间,距下游李家沱长江大桥6km,西接成渝高速公路,横
mn1∀mnj∀mnn!
跨成渝铁路,通过东西立交道与城区各干线连接。本桥主桥Un
采用双塔双索面漂浮体系斜拉桥,主桥全长718m,桥跨布置#
c∀c∀cU1
为179m+360m+179m。主桥桥面宽306m。主梁采用预111j1n

应力钢筋混凝土分离式三角箱型断面。全桥在距离斜拉索#
c∀c∀cU+
锚点575cm处设置一道厚25cm马蹄形横隔板。索塔型式j1jjjnj

为钢筋混凝土倒Y型,塔墩为空心薄壁墩,主墩基础为桩基,
#
cn1∀cnj∀cnn
左塔墩高16401m,右塔墩高16851m。桥位基本烈度为6Un
度,按7度设防[1]。
[收稿日期]2006-10-13
2理论基础
[作者简介]陶皎蛟(1980~),男,新疆哈密人,硕士研
21大质量法究生。

130四川建筑第27卷4期200708
#工程结构#

k∀k∀kUP1
111j1n13模型建立

k∀k∀kU=!(3)本文采用ANSYS程序将全桥离散成脊梁模型。索用
j1jjjnjMLU0
LINK10单元模拟,这种单元是一种三维拉压单元,只有平动

自由度,无转动自由度。考虑由斜拉索垂度产生的非线性,
kn1∀knj∀knnUnP
n每根索划分成5个单元进行模拟。索共采用1416个节点,
式(3)的第j个方程为:
个单元。
##1180
!∀!∀!∀∀
mj1U1++MLUj++mjnUn+cj1U1++cjjUj++桥塔、桥墩均采用Beam44单元模拟。Beam44为楔形梁
#
!单元可以很好地模拟下塔柱纵桥向变截面。上塔柱采用
cjnUn+kj1U1+∀+kjjUj+∀+kjnUn=MLU0(4),26
个单元为非变截面上、中塔柱交界处采用个单元种截
式(4)两边同除以ML,由于ML远大于m及上式中的其;3,4
它项