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基于反应谱梁拱组合体系地震反应影响探究【摘要】近代以来全球由于地震给人类生命和财产造成的非常严重的损失，也给人类带来了深刻的教训。桥梁工程是抗震救灾后的的生命线上的重要工程，保证震后桥梁的正常通行是灾后救援和减小震后次生灾害的重要保障。因此，在桥梁设计中必须进行桥梁的地震作用影响分析，预估桥梁的抗震性能。确保桥梁的抗震性能能够满足设计和规范的要求，是保证地震中桥梁的安全的有效措施。本文基于反应谱方法对梁拱组合体系桥梁的地震反应进行了分析研究。 【关键词】地震；桥梁工程；梁拱组合体系；地震反应 引言 地震是当今世界上人们面临的最大自然灾害之一。全世界每年平均发生破坏性地震近千次，其中震级达7级或7级以上的大地震约十几次，给人类带来了极大的灾难，严重地威胁到人们的财产及生命安全[1]。桥梁又是抗震救灾后的的生命线上的重要工程，保证震后桥梁的正常通行是灾后救援和减小震后次生灾害的重要保障[2]。因此，在桥梁设计中必须进行桥梁的地震作用影响分析，预估桥梁的抗震性能。确保桥梁的抗震性能能够满足设计和规范的要求，保证地震中桥梁的安全。 1 工程背景 该桥是某新建铁路工程中的一座1-80m下承式简支钢管混凝土拱桥，跨越高速公路，全长为82.50m。梁拱组合桥位于平坡、直线上，主拱轴线为二次抛物线，桥面体系采用双梁体的纵横梁体系，桥顶面宽16.2m。拱肋采用钢管混凝土哑铃形拱，全桥共设11对吊杆。为增加拱肋横向刚度，在6#吊杆处设置横撑，在3#、3#吊杆处设置K撑。总体布置见下图1： 图1全桥总体布置图（cm） 2 有限元模型 桥梁结构是一空间结构，在静力分析时习惯上将空间结构简化成平面杆系结构来进行计算，活载的空间效应用横向分布系数或偏载系数来表达。本桥通过有限元软件Midas2006建立有限元模型。主梁为双纵梁体系，两根主纵梁中间设置四根小纵梁。中间在横向采用横隔板相连，故有限元模型将梁系结构用梁格法按格子梁模式离散，即将纵梁和横隔板简化为纵横交错的梁单元。 梁格法是将上部结构用一个等效梁格来模拟，将分散在梁内每一区段内的弯曲刚度和抗扭刚度集中于最临近的等效梁格内，实际结构的纵向刚度集中于纵向梁格内，而横向刚度集中于横向梁格构件内。当原型实际结构和对应的等效梁格承受相同荷载时，两者的绕曲应恒等，而且在任一梁格内的弯矩、剪切和扭矩应等于该梁格所代表的实际结构部分的内力[3]。有限元计算模型如图2所示，在该模型中桥墩、桥面及梁采用用空间梁单元模拟，每个节点六个自由度；节点X、Y、Z方向的位移自由度和绕X、Y、Z轴的旋转自由度，同时该单元可以考虑梁体的剪切变形。全桥除吊杆离散为桁架单元外，其余为梁单元，全桥共划分了158个节点，258个单元。有限元模型图见图。为保证有限元模型的刚度及恒载与实际一致对横梁材料的容重进行了调整。 图2有限元模型图 图3 设计地震反应谱曲线 3 反应谱法 反应谱法是国内对不同跨度桥梁进行抗震分析最基本的方法。此法的基本原理是：当地震的卓越频率和结构的固有频率相一致时，结构物的动力反应就会变大．不同周期单自由度振子在某一地震记录激励下，可得到体系周期与绝对加速度、相对速度和相对位移的最大反应量之间的关系曲线[4]。反应谱曲线见3图。 按照铁路工程抗震设计规范（GB050111-2006）的规定，结构自振周期小于2s，且阻尼比为0.05时，动力放大系数β可以按图1取值[5]，本桥的一阶竖向自振周期为0.3526s，满足规范要求。Tg为地震动反应谱的特征周期，T为结构的自振周期。按照国家标准《中国地震动参数区划图》GB 18306-2001的规定，Tg地震动反应谱的特征周期为0.35s，本桥的照抗震设防烈度6度，水平向设计基本地震动加速度峰数值A=0.05g，抗震重要性系数Ci=1.4。 4 反应谱分析结果 铁路桥梁的抗震验算分别按有车、无车两种情况考虑。 表1无车反应谱顺桥向输入位移汇总 截面位置 DX (mm) DY (mm) DZ (mm) RX (rad) RY (rad) RZ (rad) 主梁1/4截面 0.121 0.021 0.895 0.000 0.000 0.000 主梁跨中截面 0.216 0.017 0.687 0.000 0.000 0.000 主梁3/4截面 0.241 0.022 0.907 0.000 0.000 0.000 左侧拱脚截面 0.197 0.124 0.257 0.000 0.000 0.000 拱肋1/4截面 0.663 0.404 1.001 0.000 0.000 0.000 拱肋跨中截面 0.536 0.010 0.633 0.