南宁永及大桥抗震反应计算分析探究.docVIP

南宁永及大桥抗震反应计算分析探究摘要：在大跨度桥梁结构的抗震分析中，反应谱方法仍然是最基本的方法。本文结合具体工程实例，在对抗震反应谱基本理论分析的基础上，采用弹性反应谱法并根据规范，从纵向、横向、竖向三方面对大跨度钢管混凝土拱桥的抗震反应进行了分析计算，并得出科学结论，可为专业技术人员提供参考借鉴。 关键词：钢管混凝土拱桥；弹性反应谱；大跨度；抗震设计 中图分类号：U442.5+5 文献标识码：B 文章编号：1008-0422（2011）04-0097-03 1引言 当前国内外在桥梁、水坝等诸多大跨度结构的抗震分析中，反应谱方法仍然是最基本的方法。反应谱方法用于抗震设计包括两个基本步骤：第一步是根据强震记录统计用于设计的地震动反应谱；第二步是采用振型分解法将结构振动方程进行振型分解，使之成为非耦合方程，则其物理位移用振型广义坐标表示，而广义坐标的最大值由第一步中的设计反应谱求得。最后，反应量的最大值可通过将各振型反应最大值组合起来得到。 对于多点输入条件下的地震最大反应的反应谱方法，近年来人们在频域分析方法的基础上提出了一些近似方法，其中主要是对于传统的反应谱方法进行了一些改进，日本的粟原千鹤子等提出了用一个反应谱方法计算结构在多点输人条件下的动态位移和加速度公式，如果已知相对位移反应谱和绝对加速度反应谱就可以求出结构的最大位移和最大绝对加速度.冯启民等也提出了用反应谱方法求结构在多点输入条件下的最大位移和最大绝对加速度的计算公式.Kiureghian等提出了一种计算多点输人条件下结构地震反应的反应谱方法。 2工程概况 南宁永和大桥起于邕江北岸南宁市第一建筑构件厂，连接中华路延长线，往南跨邕江至南岸淡村，止于五一路与南建路交叉路口处。大桥包括主桥、引桥和引道三部分，全长1402.152m，其中主桥长398.72m，宽35m，桥型采用单跨下承式变高度钢管混凝土桁拱方案，跨径338m；引桥长482m，采用跨径25m的先简支后预应力混凝土空心板；引道长521.43m。 永和大桥桥址处两岸为邕江二级阶地，桥位位于邕江盆地中部，第四系覆盖层层位稳定，下伏基岩单一，为下第三系泥岩、粉砂质泥岩及细砂岩，基岩岩层稳定，产状平缓，为单斜构造，未见有断裂河不良工程地质现象，两岸岸坡较稳定。永和大桥为大跨柔性结构，故其地震反应计算体系属于弹塑性体系。本文计算中，质量矩阵采用了集中质量矩阵，阻尼矩阵采用了质量矩阵与刚度矩阵线性组合的Rayleigh阻尼模型，结构阻尼比取0.05。本文采用弹性反应谱进行分析计算。 3反应谱基本理论分析 3.1反应谱基本原理 广义线性单自由度体系动力方程可表示如下： (1) 其相对位移、相对速度和绝对加速度反应分别为 (2) (3) (4) 式中，，。 通过数值积分，由式（3.2），（3.3），（3.4）可以得 出， ，的时间历程，并从中找出它们各自的最大值，分别表示为： SD、SV、SA分别称为与阻尼比ξ、自振频率ω相对应的相对位移、相对速度和绝对加速度反应谱值。对于确定的阻尼ξ，变动ω，可得到三条SD、SV、SA曲线，即为地震动反应谱曲线。可以给出对应不同阻尼比的反应谱曲线。一般情况下，阻尼比ξ很小，式（3）和式（4）中的a和2a可以略去，这样得到的相对速度和绝对加速度反应谱分别称为拟相对速度反应谱和拟绝对加速度反应谱，记为 PSV，PSA。可以看出有： PSA=ω2SD （5） 过去一直还使用下式： PSV=ωSD （6） 式（6）是将式（3）中的cosωd(t-τ)换成sinωd(t-τ)后得到的。这一近似处理在低阶和高阶区将导致很大的误差。若需要的话，直接计算PSV如同计算SD一样方便。但式（5）的精度很高。 绪论中已经提到工程抗震设计中常用到的一个重要参数：动力放大系数β(ωξ)，其对应的谱称为标准化反应谱。一般抗震设计规范都是给出规范化的动力放大系数作为地震荷载的描述。由式（2）~（4）可知，反应谱有以下两条基本特性： 1.绝对刚性结构 2.无限柔结构 3.2反应谱组合 3.2.1振型组合利用振型分解法可将多质点体系的复杂振动分解为各个振型的独立振动，最后将各个振型的最大反应按适当的方法相组合，即可得到多质点体系的各项反应值。目前，振型组合问题已经得到了较好的解决。国内外学者提出了多种反应谱组合方案，其中应用广泛的是基于随机振动理论所提出的各种组合方案，如CQC、SRSS方法等。其中CQC方法的表达式为： (7) 式中，ρij为模态组合系数。对于所考虑的结构，若地震动可看成宽带随机过程，则白噪声下的ρij值是实际