天津某独塔斜拉桥减震技术探究

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1、天津某独塔斜拉桥减震技术探究　　摘要：采用LS-DYNA有限元软件建立了三维精细化的斜拉桥有限元模型，进行了地震作用下的动力时程分析，通过分析设置主塔与主梁之间的阻尼器对该桥梁结构的地震响应的影响，分析其减震效果的可行性。计算结果表明，安装阻尼器可以显著降低主梁的位移响应，但对桥塔的地震响应影响很小。关键词：斜拉桥；地震响应分析；非线性动力里程分析；阻尼器中图分类号：TU文献标志码：A文章编号：Abstract:LS-DYNAfiniteelementanalysissoftwareisusedtoestablishar

2、efinedfiniteelementmodelofacable-stayedbridge,responseofthebridgeisanalyzedby3Dnonlineardynamictimehistoryanalysismethod.Theeffectoftheseismicresponseofthebridgeisanalyzedwithornottosetthedamperbetweenthemaintowerandmaingirder.Thecalculationresultsshowthatthedamp

3、ercansignificantlyreducethedisplacementofthebridge,butnotsignificantlyreducetheinternalforce.7Keywords:cable-stayedbridge;seismicresponseanalysis;nonlineardynamictimehistoryanalysis;damper0引言斜拉桥是重要工程，如果在地震中发生破坏甚至倒塌，将会造成严重的人员伤亡和财产损失，因此对其进行地震响应分析是十分必要的[1]。斜拉桥的基本体系有

4、塔梁固结体系，竖向支承体系和全飘浮体系。塔梁固结体系的斜拉桥在地震作用下两端位移很小，但会引起较大的主塔内力；竖向支承体系和全飘浮体系的斜拉桥在地震作用下主塔内力相对较小，但主梁位移相对较大，可能会引起主梁与主塔之间发生碰撞，故采用隔震体系减小地震响应是合理的[2-3]。本文采用时程分析法分析天津某独塔斜拉桥的地震响应，并通过是否设置塔梁之间阻尼器对比分析安装阻尼器对斜拉桥的减震效果的研究，进而确定设置阻尼器对独塔斜拉桥的减震技术的可行性。1工程概况7本工程主体结构为空间扭转索面独塔斜拉桥，主桥分为两跨，跨径布置为2x1

5、18m，主跨全长236m。结构采用竖向支承体系，主墩与主梁之间设置两个双向滑动支座，主梁在两端设置单向滑动支座。桥塔全高91.5m，主墩高9.5m，总高101m。主梁为钢箱梁，主塔由钢塔和混凝土塔两部分组成，具体分为塔顶、钢塔、钢混结合段塔、混凝土塔四部分。2有限元计算模型采用LS-DYNA有限元分析软件建立某斜拉桥有限元模型，钢箱梁和钢塔采用壳单元，承台、桥墩、混凝土桥塔采用实体单元，拉索采用离散梁单元，钢塔与混凝土塔采用精细化模型模拟分析。钢材弹性模量为206GPa，屈服强度为345MPa，切线模量为0.8GPa，双

6、线性随动强化本构进行模拟。全桥有限元计算模型如图1所示。图1全桥有限元模型3结构动力特性对该桥梁进行模态分析，提取前10阶自振频率及振型特征如表1所示，图2为斜拉桥前4阶振型图。从表1可以看出，该桥梁前9阶为主梁的振动，第10阶主塔开始振动。表1部分自振频率及振型特征（a）第一阶振型图（f=0.39822Hz）（b）第二阶振型图（f=1.0357Hz）（c）第三阶振型图（f=1.1422Hz）（d）第四阶振型图（f=1.3957Hz）图2前4阶振型图4地震响应分析4.1地震波的选取 7根据《建筑抗震设计规范》规定[4]，

7、选取两条真实地震动和一条人工地震动（100年超越概率2%的地震动时程，其峰值加速度为434gal），进行该桥梁的三维非线性动力时程分析，根据地质勘测报告确定该场地属于三类场地，选取适用于三类场地的天津波和Loma波为真实地震动作为地震激励，并按规范规定三方向地震动峰值加速度按1:0.85:0.65进行调幅，进行该桥的地震响应分析。图3三条地震动弹性反应谱（β=5%）三条地震动的弹性反应谱如图3所示，人工波频谱成分相对密集，反应谱较大，两条人工波反应谱反应的场地卓越周期在1s左右所选的真实地震动可以很好的描述该场地特性，故

8、选用的天津波和Loma波可以用于该类场地上结构的地震反应分析。4.2斜拉桥的地震响应分析及阻尼器的可行性研究分析中三条地震波在相同条件下分别对未安装阻尼器斜拉桥和安装阻尼器斜拉桥进行地震激励，研究以下两部分内容：两种情况下斜拉桥的地震响应分析；阻尼器装置对该斜拉桥减震效果的可行性研究。7注：按设计资料内容，阻尼器参数