某中承式拱桥地震反应谱分析及抗震性能研究

黄中亨

（同济大学土木工程学院 上海 200092）

某中承式拱桥地震反应谱分析及抗震性能研究

黄中亨

（同济大学土木工程学院 上海 200092）

针对某中承式拱桥进行了抗震研究，介绍了地震反应谱分析的基本原理，通过有限元模型的动力特性及反应谱分析，得出了结构在地震作用下的内力响应，采用纤维单元，对结构最不利截面进行了P-M-分析，得到了控制截面的抗弯能力，对结构进行了抗震性能评估。

中承式拱桥；反应谱分析；纤维单元；抗震性能评估

概述

最近的二十余年，全球多次地震表明，地震时桥梁工程容易遭到严重破坏，进而使得震区交通生命线被切断，外界救援人员难以进入灾区，使次生灾害加重，导致了巨大的经济损失。随着现代化城市人口大量增加和经济高速发展，城市生活对交通线的依赖性越来越强，一旦地震使交通线遭到破坏，可能导致的生命财产以及间接经济损失也将会越来越巨大。国内外多次地震证明，经过抗震设计的工程，能够有效地抵御地震灾害。

本文以某260m跨径中承式拱桥为研究对象，进行动力特性及反应谱分析，在此基础上对其抗震性能作出评估。

设计反应谱

反应谱分析建立在振型分解反应谱理论基础上。振型分解理论将结构的地震作用响应分解为各振型分量的叠加，即对应每个振型对应一个地震作用，然后通过一定的组合方法（SRSS，CQC，ABS等）叠加各振型结构的地震响应得到最终总的结构地震响应值。

设计反应谱采用工程场地50年超越概率10%（E1）、2%（E2）地表地震动加速度反应谱，如图1所示：

图3 桥梁设计反应谱

有限元模型

采用有限元计算软件对该中承式拱桥进行有限元建模，有限元计算模型以顺桥向为X轴，横桥向为Y轴，竖向为Z轴。其中拱肋、钢横梁、钢纵梁、桥面板、立柱、拱肋横向联系、辅助墩均采用梁单元进行模拟，吊杆采用桁架单元进行模拟，纵梁与横梁间采用刚性连接，结构的有限元计算模型如图2所示。

图4 有限元模型

动力特性分析

桥梁动力特性分析是研究桥梁振动问题的基础，为了计算在不同等级地震荷载作用下的结构的动力响应，必须首先计算桥梁结构的动力特性。动力特性分析结果如表1所示。

反应谱分析结果

分析时地震动反应谱考虑两种输入方式：①竖向+横向；②竖向+纵向。在两种不同水平地震作用下，结构最不利截面发生在拱脚处，拱脚处内力如表2所示。

表2 结构动力特性

表1 地震作用下拱脚内力

抗震性能评估

对结构抗震性能目标为：在地震水平E1作用下，结构不发生损伤，保持在弹性范围内；在地震水平E2作用下，主缆不发生损伤，主塔、基础、主梁等重要结构受力构件局部可发生可修复的损伤，但要求地震后不影响车辆的通行。

图1 拱脚截面纤维单元模型

图2 拱脚截面P-M-ϕ分析结果

结论

本文采用地震反应谱分析方法，对某中承式拱桥进行了抗震性能研究，得出以下结论：

1）结构在地震作用下内力最大处为拱脚截面，E1地震作用下拱脚最大弯矩159244kN·m，E2地震作用下拱脚最大弯矩223528kN·m。

2）经过P-M-ϕ分析，得出了拱脚截面的初始屈服弯矩和等效抗弯屈服弯矩，分别大于结构在E1、E2地震作用下的拱脚弯矩，结构抗震性能性能良好。

[1]R.克拉夫,J.彭津.结构动力学[M].高等教育出版社,2006.

[2]朱立增,张纪群.大型桥梁抗震反应谱分析理论的发展及研究现状[J].公路交通技术,2003(4):50-52.

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1007-6344（2017）02-0341-01