某城市桥梁弹塑性地震性能分析

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1、l88桥梁结构城市道桥与防洪2014年7月第7期某城市桥梁弹塑性地震性能分析孙福维，陈泉(武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北武汉430023)摘要：结合工程实例，建立了空间有限元仿真模型，对其进行了相应的时程分析，对固结墩在罕遇地震作用下的抗震性能进行分析。结果表明，该处桥墩在罕遇地震作用下塑性变形满足规范设计要求，分析结果可为该桥的设计提供指导。关键词：非线性时程分析；纤维模型塑性铰；延性；抗震性中图分类号：U442．5*5文献标识码：B文章编号：1009—7716(2014)07一O188—030引言在罕遇地震作用下，桥梁结构可

2、能会进入塑性变形阶段，桥墩截面应力超过屈服强度，材料的应力一应变关系进人塑性范同，因此，通过对桥梁进行弹塑性地震性能分析，提高桥梁结构的极限变形能力，避免桥梁结构在强震作用下倒塌。本文主要以某城市桥梁为lT程背景，采用纤维模型塑性铰，建立桥梁的有限元模型，对其进行非线性动力时程分析，为桥梁的延性抗震设计提供参考1工程概况及有限元模型图2横断面布置图(单位：cm)该桥为预应力混凝土连续箱梁结构，上部结———T墨甄_—翟r●—砸珥—亏_日r一一+一一一一一一}一一{◆卜一一一1一一一一构为6×20m连续梁。图l为全桥立面图。一一一一十一一I-

3、4．q一一{●一一l◆l-一一{·●斗一-一：：：：图：：：圈：：：：图：：雷：：◆◆．．}-·图3支座布置图图1全桥立面图设计技术标准：桥梁设计荷载等级为城一A箱梁全宽2200cm，梁高110cm，梁体为单级；设计车速为60km／h；抗震设防烈度为7度，箱六室截面，顶板及底板厚度均为22cm，单个设计基本地震加速度值为0．10g，设防分类为乙腹板厚度40cm。类，设计方法为A类，按8度构造措施设防。桥墩为花瓶形板式墩，墩底截面厚100cm，根据以上条件，建立全桥有限元模型，如图宽220cm，横桥向墩柱的上端外侧采用弧线加宽4所示。成花瓶

4、形，截面四周倒圆。墩下配承台及桩基，每个承台下设2根1．5m钻孑L灌注桩。桥梁横断面见图2。墩顶设盆式橡胶支座支座，支座布置图见图3收稿日期：2014—02—24作者简介：孙福维(1982一)，男，河北沧州人，硕士，工程师从事桥梁设{t-／L作。图4有限元模型2014年7月第7期城市道桥与防洪桥梁结构1892纤维计算模型基本假定纤维模型可以很好地考虑轴力和弯矩的耦合作用，使用纤维模型计算时，可利用纤维材料的应力一应变关系与截面应变的分布形状假定，较为准确地模拟截面的弯矩一曲率关系。纤维模型采用以下基本假设⋯：(1)构件从开始受力直至破坏，

5、截面的变形始终维持平截面，截面与构件轴垂直；(2)混凝土开裂后，受拉区混凝土不再参与受力；【】l0211l4【】(3)不考虑钢筋与混凝土之间的滑移；时M(4)钢筋与混凝土材料的应力一应变关系为图63条地震波已知：滞回曲线如图7、图8所示。(5)作用在桥墩截面上的轴向力为结构自重，3条波作用下，固结墩墩顶位移时程分析结且数值保持不变。．趟嘲星果如图9、图10所示。其中32平●截0一面也假定32中●暗0一含钢4筋和混凝土理想黏结的假定。将桥墩截面分割成若干只有轴向变形的条带(单向加载)或方格(双向加载)纤维模型121，如图5所示。截面的材料非

6、线性是通过定义混凝土纤维与钢筋纤维的应力一应变关系来表现的，由纤维的应变确定纤维的应力状态，再由纤维的应力状态确定截面的轴力和弯矩。．【．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．纤维第一条波弯矩一曲率滞回曲线一，■l■一d一●-1(a)截面划分■●●●’一_-^第二条波弯矩一曲率滞回曲线■■I■■■■'(h)应力分布图5纤维模型截面划分和应变分布3计算结果本文采用3条地震波，地震波的时间为40S，波形如图6所示。第i条波弯觚一flfl率滞回flIl线3条波作用下，固结墩塑性铰的弯矩一曲率图7顺桥向输入塑性铰弯矩一曲率滞回曲线190桥梁

7、结构城市道桥与防洪2014年7月第7期第二条波弯矩一曲率滞回曲线第三条波弯矩一曲率滞回曲线图8横桥向输入塑性铰弯矩一曲率滞回曲线国坩l!j国!}l{l第一条波时程位移曲线第一条波时程位移曲线⋯●l●tH^。(．{／}≥娥f＼^圉第二条波时程位移曲线第二条波时程位移曲线●■●-叫删_l蠢薅＼厂、、‘．．}●_‘_第三条渡时程位移曲线第一!条波时程位移曲线图9顺桥向输入墩顶位移时程曲线圈10横桥向输入墩】页位移时程曲线从表1结果中可以发现，罕遇地震作用下，4结语该桥固结墩顺桥向与横桥向均进入了屈服阶段，需对其进行延性验算或最大位移验算。验算结

8、果本文以某引桥为工程背景，给出了连续梁弹表明，该桥满足规范要求的抗震设防目标。塑性地震性能分析的计算模型，进行了弹塑性地表1横桥向输入下结果震分析及墩顶最大位移的计算，研究方法可为同类工程提供