深軟場地上考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用的斜拉索地震反應(yīng)分析

1、深軟場地上考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用的斜拉索地震反應(yīng)分析    摘要：結(jié)合某一重大橋梁工程，選取兩種深軟場地，在合理模擬深軟場地非線性基礎(chǔ)上討論土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用對(duì)斜拉索地震反應(yīng)的影響。利用軟件ABAQUS建立了深軟場地-樁基-斜拉橋三維有限元模型，作為對(duì)比，建立了深軟場地上不考慮土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用的常規(guī)剛性地基模型，通過時(shí)程分析法計(jì)算順橋向斜拉索地震反應(yīng)。計(jì)算結(jié)果表明：深軟場地上考慮土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用后，斜拉索應(yīng)力反應(yīng)普遍增大，拉索地震反應(yīng)規(guī)律與地震波輸入有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用。關(guān)鍵詞：深軟場地；斜拉索；地震反應(yīng)引言大跨徑斜拉索的拉索具

2、有很小的剛度和阻尼,拉索往往具有很低的固有頻率和極低的模態(tài)阻尼比,在地震激勵(lì)下極易發(fā)生意想不到的大幅振動(dòng)。目前,拉索的地震反應(yīng)已成為斜拉橋亟待研究解決的關(guān)鍵問題之一,但目前所有的斜拉索研究都是基于不考慮土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用的剛性地基假設(shè)，這種假設(shè)在地基情況良好時(shí)比較符合實(shí)際，但是在軟弱地基時(shí)與實(shí)際情況相差較大。本文主要對(duì)軟弱地基上斜拉索地震反應(yīng)進(jìn)行討論，并與剛性地基假設(shè)的計(jì)算結(jié)果做對(duì)比，得出一些有益結(jié)論。1.工程背景該斜拉橋?yàn)槿缛h浮體系（141 m +345 m +141m），雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋。大橋設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)，橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為 100年，主梁截面為抗風(fēng)性能良好的扁平式鋼箱梁，

3、梁高3.2 米，寬 23.5 米。索塔為門形塔，塔高140 米，塔柱設(shè)置兩道橫梁，塔柱均為空心薄壁結(jié)構(gòu)。每個(gè)主塔基礎(chǔ)各由128根 C25鋼筋混凝土嵌巖樁組成。全橋共130根斜拉索，采用半平行鋼絲索，主橋布置見圖1。圖1 主橋布置圖橋址場地在地貌上主要屬于長江漫灘相或湖沼相沉積，為典型深軟場地。場地豎向剖面第一層是耕土、塘泥或填土，其下沉積物的粒徑在豎向剖面上由細(xì)變粗。2.計(jì)算模型和動(dòng)力特性分析斜拉橋的橋面系模型可采用單梁式、雙梁式或三梁式模型。這些模型能準(zhǔn)確計(jì)算斜拉橋縱向反應(yīng)，但不能準(zhǔn)確計(jì)算豎向地震反應(yīng)，故本文采用實(shí)體單元模擬橋面系。斜拉索部分采用三維桿單元模擬，并以Ernst切線模量考慮垂度

4、的影響。全橋共91623個(gè)單元，356374個(gè)節(jié)點(diǎn)。斜拉橋模型見圖2（常規(guī)剛性地基模型）。土體模型采用記憶型嵌套面動(dòng)力粘塑性本構(gòu)模型，并按照群樁等效剛度原則，將主塔下群樁合并成32根等效樁。樁-土-斜拉橋模型見圖3（柔性地基模型）。研究斜拉橋的自振特性是進(jìn)行地震反應(yīng)分析的基礎(chǔ)。文獻(xiàn)3列出了斜拉橋前10階自振周期及振型特點(diǎn)。從中可見，本橋基本周期為6.88s，屬長周期，符合漂浮體系斜拉橋特征。3.地震反應(yīng)及結(jié)果分析3.1抗震水準(zhǔn)與地震動(dòng)輸入本橋?yàn)橹卮蠼ㄔO(shè)工程，按照抗震設(shè)防原則采用100年超越概率3%的概率水平下的地震動(dòng)參數(shù)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。根據(jù)場地地震安全評(píng)價(jià)報(bào)告，100年超越概率3%的基巖水平地震

5、動(dòng)峰值加速度為0.154g。本文選取El centro波輸入。對(duì)柔性地基模型，將地震波峰值調(diào)整為0.154g，從基巖輸入；對(duì)剛性地基模型，首先由基巖地震動(dòng)正演得到對(duì)應(yīng)的地表地震動(dòng)，再將地表地震動(dòng)從斜拉橋墩底輸入?；鶐r地震動(dòng)時(shí)程與正演得到的地表地震動(dòng)時(shí)程見文獻(xiàn)3。本文選取的兩種深軟場地剖面資料見表1。3.2順橋向地震結(jié)果分析本文工況：類場地上考慮相互作用記為-el-ssi，類場地上不考慮相互作用記為-el-nossi；類場地上考慮相互作用記為-el-ssi, 類場地上不考慮相互作用記為-el-nossi。拉索是長細(xì)比很大，阻尼比又非常小的構(gòu)件，在地震荷載下極易發(fā)生振動(dòng)。拉索的振動(dòng)將使其根部出現(xiàn)反

6、復(fù)的彎曲應(yīng)力而導(dǎo)致疲勞破壞，因此應(yīng)予以關(guān)注。為了方便敘述，將拉索編號(hào)：從邊跨到橋塔拉索編號(hào)為C1C21，從橋塔到中跨跨中拉索編號(hào)為 C22C41，如圖4所示。圖5是地震波縱向輸入時(shí)半橋下錨端拉索軸向應(yīng)力峰值圖。從中可見：a）由于拉索長度、傾角的關(guān)系，邊墩附近拉索應(yīng)力峰值大于橋塔附近拉索應(yīng)力峰值，當(dāng)向跨中接近時(shí)，拉索應(yīng)力峰值又明顯增大；b）三種地震動(dòng)荷載作用下，除個(gè)別拉索外，有土存在時(shí)拉索應(yīng)力峰值普遍大于無土?xí)r拉索應(yīng)力峰值。 這是因?yàn)闃蛎嫦档膽T性力是通過拉索傳遞到橋塔，進(jìn)而傳遞到地基的。有土存在時(shí)橋面系慣性力增大，所以在拉索上產(chǎn)生的應(yīng)力也將增大。4.結(jié)論本文針對(duì)某一斜拉橋工程，建立了考慮與不考慮

7、土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用的兩種模型，并計(jì)算了順橋向斜拉索地震反應(yīng)，結(jié)果表明：（1）考慮與不考慮動(dòng)力相互作用的計(jì)算結(jié)果差別明顯，按常規(guī)剛性地基模型不能準(zhǔn)確反映軟弱地基上斜拉索地震反應(yīng)，需考慮土體-斜拉橋動(dòng)力相互作用；（2）考慮動(dòng)力相互作用的斜拉索應(yīng)力大于相應(yīng)不考慮動(dòng)力相互作用的斜拉索應(yīng)力，增幅與具體輸入地震動(dòng)有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮軟弱地基的不利影響。參考文獻(xiàn)：1 葉愛君，胡世德，范立礎(chǔ). 斜拉橋抗震結(jié)構(gòu)體系研究J.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)2002，4 (22) : 35-39.2 陳國興，莊海洋. 基于Davidenkov骨架曲線的土體動(dòng)力本構(gòu)關(guān)系及其參數(shù) 研究J.巖土工程學(xué)報(bào)，2005，27 (8) : 860-864.3 張博，宰金珉，莊海洋. 深軟場地上考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用的斜拉橋被動(dòng)控制分析J.世界地震工程，2009,1（25）    你可能感興趣的畢業(yè)論文    · 淺議地理教學(xué)反思的方法· 新課程理念與地理教學(xué)反思