大跨度上承式钢管混凝土拱桥不同内倾角下的地震时程响应分析（论文）.pdf

·123 · 20世纪 90年代以来，我国钢管混凝土拱桥领域得到快速 的发展，在此发展过程中其跨度不断延伸，承载能力也不断 加强。 当钢管混凝土拱桥应用于高速铁路桥梁时，其良好的性 能为行车提供了较好的安全性和舒适性。上承式钢管混凝土 拱桥因其具有较大的横向刚度，良好的动力特性因此得到越 来越广泛的应用。文献 [2]研究了内倾角变化对钢管混凝土拱 桥动力特性的影响。 拱肋内倾角的变化直接影响其力学性能，因此分析研究 其变化规律有助于该类桥型的研究设计。但由于大跨度提篮 拱桥在中国应用较晚，对其动力特性及其地震响应的研究比 较少。 本文以成贵铁路西溪河大桥为背景，分析了西溪河大桥 拱肋在不同的内倾角状态下其整桥模型的地震响应情况，通 过对比分析得出了其变化规律，为类似工程结构的抗震性能 研究提供一定的参考作用。 1 时程分析法 随着人们对强震作用的深入研究，对地震作用的破坏规律 有了更深刻的理解，结合近年来快速发展的计算技术，动态 时程分析法更加广泛地应用到工程结构的抗震性能分析之中。 通过运用时程分析法可以预先对工程结构进行抗震性能分析， 以保证一旦地震发生时不发生大的破坏，保证生命财产安全， 通过分析可获得地震的振幅、频谱和持时及结构响应的影响 在地震荷载作用下，结构所产生的响应时程。 此外，结构抗震设计通过运用动态时程分析法，从传统 的单一强度保证拓展到强度、变形的双重保证，同时可以更 深入地了解结构在地震作用下的动力破坏机理，进而采取更 有效的措施提高结构的抗震性能，为桥梁的设计与建设提供 有效的理论支持。 2 有限元模型的建立 为分析拱肋内倾角对上承式钢管混凝土拱桥自振频率及 动力特性的影响，本文建立一系列对应模型对其分析，即取 0° , 1.5 ° , 3 ° , 4.5 ° , 6 ° , 7.5 ° , 9 ° 共计 7个模型进行分析对比。 为了使各个模型的分析能科学准确地反映大跨度上承式 拱桥在各个内倾角下的力学性能的关系，便于对比分析，对 这 7个计算模型统一作如下假定 ： （1 ）不同内倾角下各模型桥面有效宽度保持相同 ； （2）各模型拱肋顶部宽度相同（拱顶和拱脚宽度随内倾 角的改变而改变）； （3）拱肋间的联系构件布设方式及类型不变，仅随内倾 角改变适当调整其规格 ； （4）拱座构造形式不变，但随拱脚宽度适当调整其宽度 ； （5）边界条件保持一致。分析桥例的主要参数如下 ：桥结构为上承式 X形钢管 混 凝土提篮拱，拱址中心跨度 240 m，计算矢高为55 m，拱轴线 是拱轴系数 m =2.2 的悬链线，每肋由 4根 1 100 × 20 钢管构成， 其上下弦各由两肢钢管与其间的 2块 20 mm 厚钢板联结呈哑铃 形，在拱肋的全长上均为等截面，钢管内填充 C50混凝土。 3 不同内倾角拱桥模型的自振特性分析 用ANSYS 软件分析内倾角对大跨度上承式钢管混凝土拱 桥自振特性的影响，依据成贵铁路西溪河大桥构造形式建立 拱肋内倾角分别为 0° , 1.5 ° , 3 ° , 4.5 ° , 6 ° , 7.5 ° , 9 ° 的 7个空间有限 元模型，并进行自振特性分析比较。 7.5° 时的前 5阶振型图如 图 1所示。 从图 1可以看出，随着拱肋内倾角增大，拱桥的自振频率 发生了相应的变化 ，但是各阶振型的特征呈现了不同的规律， 具体表现大致如下 ： （1）拱肋的第 1、第2、第3和第 5阶模态所对应的自振频 率随内倾角的增大而增大 ； （2）4 阶模态对应的自振频率则随内倾角的增大呈现出先 减小后增大的规律 ； （3）6 阶振型模态对应的自振频率随内倾角的增大呈现先 ［摘 要］ ?N? ? ?fw???|? ， ?? ANSYS నߑߙोճ࿫ԅӖࣔէ౨ѕ಴رڕݡીි٩஢ԅ੦໸ ， ??s? ? ????亦?gh严?i?仕?? ?????Q???堵 ，仔之 t ; ????$ ，c??4 ??i勺??基"?? ? O 、基 好 ?国仕?$? ?，了?亦?gh严?1健a ? ?i?仕天N??坤b?众仕??。 ［关键词］1?a ? ?i? ； ??? ；??4 ? ；?Q?? ［中图分类号］TU 985 ；U 448.22 bbbbb ［文献标志码］B bbbbb［文章编号］1001–523X（2020）10–0123–02 Seismic Time - history Analysis of Long - span Through - loaded Concrete - filled Steel Tube Arch Bridges at Different Inclination Angles Wang Xin-ze ［ Abstract ］Taking the Xixi River Bridge of Chengdu-Guizhou Railway as the background，the corresponding model of the large- span deck CFST arch bridge was established through ANSYS software. Through analysis of the natural vibration characteristics and seismic time-history response of the long-span deck arch bridge under different inclination angles ，The variation law of the natural vibration frequency and the internal force and displacement related to the key position of the arch rib with the change of inclination angle is obtained ，which provides a certain refer