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施 工 技 术
C0NSTRUCTION TECHNOL0GY
2017年 6月上
第 46卷 第 11期
DOI：10．7672／s~s2017110016
矮 塔 斜 拉 桥 抗 震 性 能 与 减 震 控 制 研 究
马 方
(中铁建设集团有限公司，北京 100040)
[摘要]某桥是一座结构较为特殊的矮塔斜拉桥。基于全桥的三维有限元模型，分析了其在地震作用下的抗震性
能。同时，利用消能减震措施对该桥存在的不足进行了数值分析，并探讨了铅阻尼器在矮塔斜拉桥减震控制方面
的应用前景。
[关键词]桥梁工程；斜拉桥；抗震性能；动力弹握性分析；减震控制；有限元分析
[中图分类号]U442．5 5 [文献标识码]A [文章编号]1002—8498(2017)11—0016—05
Study on Seism ic Behavior and Seism ic Control of Low Tower
Cable—stayed Bridge
MA Fang
(China Railway Construction Group Co．，Ltd．，Belting 1 00040，China)
Abstract：Based on a low tower cable—stayed bridge with special structure，this paper analyzes the seismic
behavior under ea~hquake action combined with 3 D finite element mode1．Meanwhile，numerical analysis
is completed according to the lack of shock absorption measures of the bridge，this paper analyzes the
application prospects of lead damper in seismic control of low tower cable-stayed bridge．
Key words：bridges；cable stayed bridges；seismic behavior；dynamic elastoplastic analysis；seismic
eontrol；finite element analysis
1 工程 概况
某矮 塔斜 拉 桥位 于 国道 111改建 工程 的一 个 风
景 区 ，桥 梁 全 长 606．08m。 主 桥 上 部 结 构 为 (30+
30+120+60+30)m 预 应力 混凝 土 矮塔 斜 拉 桥 (见
图 1)，主跨 两侧 采用 墩 、塔 、梁 固结体 系。 主梁 截 面
为 n 型 。主 塔高 15．3m(桥面 沥青 混凝 土 以上 )，侧
面 为扇 形 外 张 变 化 式 造 型 ，立 面 为 直 线 放 射 外 张
式 ，斜拉 索 采 用 15-61钢 束 ，斜 拉 索 的 立 面 角 度 为
13．71。～17．59。。桥 梁 的 主 墩 为矩 形 断 面 ，单 塔 柱
厚 1．35m，宽 3～3．78m，中 间设 2道 横 系梁 。桥 址
所在 地 的场 地类 别 为 Ⅱ类 ，场 区不 存 在 地 基 土 的 液
化 问题 。该 场地 的 地震 基 本 烈 度 为 Ⅶ度 ，但 考 虑 桥
梁 的重 要性 ，桥梁 按 照Ⅷ度 设计 。
该 桥 主梁刚 度 较 小 ，不 同 于传 统 意 义 上 的矮 塔
斜 拉桥 ，与 常规 斜 拉 桥 的 受 力 也 不 同 。因 此 ，深 人
研究 其 动力 行为 很有 必要 。
2 桥梁 动 力计算 模 型和地 震 动输入
2．1 有 限元 模型
[作者简介】马 方，高级工程师，E-mail：ma~ng@ztjs．cn [收稿日期]2017-04-05_[修订日期]2017-04-26
图1 桥型布置(单位：cm)
Fig．1 Bridge type layout(unit：cm)
桥 面 系采用 双 梁 模 式 ，用 梁单 元 模 拟 。桥 塔 和
桥 墩也 用梁 单元 模 拟 。斜 拉 索 采 用桁 架 单 元 模 拟 。
对 于 主梁 与辅助 墩 和 连接 墩 之 间 的 滑动 支 座 ，本 文
采 用非 线 性 连 接 单 元 模 拟 。土 与 桩 基 础 的 相 互 作
用 采用 弹簧模 拟 。弹簧 的水平 刚 度按 照 JTG D63—
2007((公 路桥 涵地基 与 基础 设 计 规 范》计算 ，桩底 固
结 。计 算模 型如 图 2所 示 。
2．2 桥 梁非 线性 的种类 和分 析方 法
2．2．1 材料 非线性
该 桥是 塔 梁 固结 体 系 ，且 主 墩 较 高 (29．58m)，
故 在强 震 作 用 下 墩 底 和 塔 梁 结 合 处 均 可 能 出 现 塑
性 区域 。本 文 采 用 最 常 用 的 三 直 线 Takeda滞 回模
马 方 ：矮塔斜拉桥抗震性能与减震控制研究 17
图2 计算模型
Fig．2 The calculation model
型来 模 拟钢 筋混 凝土 结构 的破 坏过 程 (见 图 3)。该
骨 架 曲线用 混凝 土 的 开 裂 点 、钢 筋 屈 服 点 和极 限强
度 3个 特征 点来 描述 ，当截面 为对 称截 面 、对 称配 筋
时 ，正负 侧 的 骨 架 曲 线 呈 对 称 状 ，否 则 为 不 对 称 。
该模 型适 用 于 常 轴 力 作 用 下 的 钢 筋 混 凝 土 结 构 的
弯 一曲率关 系 。对 于该 滞 回模 型 的变 形 规 则 可 参
考相 应文 献 ，在此 不进 行详 细描 述 。
J
P2
P1
／! ～ D D l D2
图3 Takeda滞回模型的骨架曲线
Fig．3 Takeda hysteretic bone curve
塑性 铰 的屈服 面形 状 (见 图 4)参 数及 特 性 值满
足 如下 公 式 ：
图4 屈服面示意
Fig．4 The yield surface model
( ¨ ) = ㈩
( ·
( )“=- ㈩
对 于 该桥 ，其 塔底 区 域 塑性 铰 的屈 服 面 形 状参
数 如 表 1所示 ，屈 服 面特 性 值 如 表 2所 示 (注 意 ，表
格 中单 元 局部 坐标 轴 方 向为 ：Y表 示 顺 桥 向 ，z表 示
楷
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