论文部分内容阅读
作为交通生命线工程的重要组成部分,大跨度钢拱桥不仅具有复杂的几何特性和构造特性,而且具有复杂的地震反应特性和抗震设计流程,并且随着大跨度钢拱桥规模的不断增大,其抗震性能分析也显得日益重要。因此,在现行的抗震设计中必须对其进行单独有效的地震反应分析,通过采用动态时程分析法明确桥梁结构在地震反应中的抗震性能。本文在总结国内外对大跨度钢拱桥地震反应分析的研究现状和发展趋势的基础上,以一跨径380m的大跨度钢拱桥为工程背景,利用ANSYS有限元程序建立其计算模型,并基于大跨度桥梁的抗震设计理论,运用动态时程分析法对其进行了罕遇地震作用水平下的地震反应分析研究,针对大跨度钢拱桥抗震设计中的关键问题,分别分析了材料非线性特性和桩土相互作用因素对桥梁上部结构地震动响应的影响。首先,材料弹塑性特性的考虑使大跨度桥梁的抗震设计过程更加复杂,本文采取了一种较为简便的计算方法：首先对该拱桥进行弹性地震反应分析,将分析结果与相应结构构件所允许的最大弹性响应值进行比较,从而确定进入塑性区的构件,在此基础上考虑上述构件的非线性要素,再次对结构进行非线性地震反应分析,在参考线性分析结果的同时,根据该大跨度钢拱桥在罕遇地震作用下的内力响应和位移响应两方面对其进行抗震性能评价。此外,本文还考查了桩土相互作用因素对桥梁结构地震响应的影响,分别建立了桩土固结模式和考虑土-桩-结构相互作用模式两种空间有限元计算模型,其中对土-桩-结构相互作用的模拟采用规范中的“m”法建立弹簧模型,在此基础上分别对上述两种模型的自振特性和地震响应特性进行了分析和比较,进而研究了地震动输入下土-桩-结构相互作用因素对桥梁上部结构地震响应的影响。研究结果表明：在罕遇地震作用下,考虑材料非线性特性时的地震反应分析与假设结构保持线弹性状态条件的计算结果有明显差别,采用弹塑性地震响应分析更好地体现了桥梁结构的实际抗震性能,与弹性地震反应的分析结果相比,其中主梁1/4处的弯矩值减小了22.8%,而主拱1/4处弯矩值的减小值达到了29%,同时构件的延性也得到了验证；而对桩土相互作用模型地震反应分析的结果显示,与桩土固结模式相比,主梁中点处的弯矩值减小了22.6%,而拱顶弯矩值减小了26.1%,由此说明对该大跨度钢拱桥采用传统的刚性地基假设进行抗震分析和验算是偏于安全的,从而可为同类型桥梁的抗震设计和分析提供数据参考。