连续钢箱梁桥减隔震动力分析

第１６卷第３期　２０１３年７月　西安文理学院学报：自然科学版　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｘｉ’ａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｒｔｓ＆Ｓｃｉｅｎｃｅ（Ｎａｔ　Ｓｃｉ　Ｅｄ）　Ｖｏ１．１６　Ｎｏ．３　Ｊｕ１．２０１３　文章编号：１００８－５５６４（２０１３）０３－０１１６－０５　连续钢箱梁桥减隔震动力分析　郑　亮　，田建辉　（１．陕西省林业调查规划院，西安７１００８２；２．陕西交通职业技术学院公路工程系，西安７１００１８）　摘　要：采用有限元分析软件Ｍｉｄａｓ２０１０对某连续钢箱梁桥进行减隔震动力分析，ＨＤＲ隔震橡胶支　座简化为双线性恢复力力学模型．采用动力时程分析法对该连续钢箱梁桥按现行规范进行计算，发现通　过应用ＨＤＲ隔震橡胶支座，减隔震效果良好、实现了结构优化设计，确保了工程项目的安全、适用、经　济、环保、耐久．　关键词：连续钢箱梁桥；ＨＤＲ隔震橡胶支座；减隔震动力分析　中图分类号：Ｕ４４１Ｈ．３　文献标志码：Ａ　Ａｎ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｓｔｅｅｌ　Ｂｏｘ　Ｇｉｒｄｅｒ　Ｂｒｉｄｇｅ’Ｓ　Ｓｈｏｃｋ　Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ　ＺＨＥＮＧ　Ｌｉａｎｇ　，ＴＩＡＮ　Ｊｉａｎ．ｈｕｉ　（１．Ｓｈａａｎｘｉ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎ　７　１００８２，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａａｎＸｉ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ　７１００１８，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｅ　ａｎａｌｙｚｅ　ａ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｓｔｅｅｌ　ｂｏｘ　ｇｉｒｄｅｒ　ｂｒｉｄｇｅ’Ｓ　ｓｈｏｃｋ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　Ｍｉｄａｓ２０１０，ａ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ　ＨＤＲ　ｒｕｂｂｅｒ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｉｓ　ｓｉｍｐｌｉｉｆｅｄ　ａｓ　ａ　ｂｉｌｉｎｅａｒ　ｒｅｓｔｏｒｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ｍｏｄｅ１．Ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃｓ　ｔｉｍｅ—ｈｉｓｔｏｒｙ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｆｏｒ　ｃａｌｃｕｌａｔ—　ｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｓｔｅｅｌ　ｂｏｘ　ｇｉｒｄｅｒ　ｂｒｉｄｇｅ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｉｓ　ｔｈａｔ　ＨＤＲ　ｈｉｇｈ　ｓｈｏｃｋ　ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｒｕｂｂｅｒ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｗｅｌｌ，ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｄｅ－　ｓｉｇｎ　ｉｓ　ａｃｈｉｅｖｅｄ，ａｎｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｓａｆｅｔｙ，ｅｃｏｎｏｍｙ，ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌ　ｂｏｘ　ｇｉｒｄｅｒ　ｂｒｉｄｇｅ；ＨＤＲ　ｓｈｏｃｋ　ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｒｕｂｂｅｒ　ｂｅａｒｉｎｇ；ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｓｈｏｃｋ　ａｂ—　ｓｏｒｐｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｄｙｎａｍｉｃｓ　１　工程概况　本项目位于某匝道桥第三联，桥梁跨径组合：（５７．９＋５７．９７５）ｍ；桥位平面处于Ｒ＝４００　ｍ的左偏圆　曲线上，墩台径向布置；纵面位于Ｒ＝３　６００　ｍ、Ｔ＝１０４．６　ｍ、Ｅ＝１．１１５　９　ｍ的凸形竖曲线内．桥梁上部结　构采用连续钢箱梁，下部结构采用柱式桥墩、钻孑Ｌ灌注桩基础．桥型布置如图１所示．　收稿日期：２０１３－０３－２５　作者简介：郑亮（１９８１一），男，陕西商洛人，陕西省林业调查规划院工程师，工学硕士，主要从事桥梁结构理论　研究．　第３期　郑亮，等：连续钢箱梁桥减隔震动力分析　立丽　一１１７　１．５００　暑　Ｉ九，　１　０　２３０　｝　ｊ　０　１　０　Ｃ　ｌ　５０　ｌ５０　一　１５０　１６０　，　９８５５００　９８３５８５　⑦　９　ｌ　Ｌ。④９　１赫　图１桥型布置　Ｌ　Ｉ　。１一　一一　－２桥梁减隔震分析　２．１　分析概述　桥位所在地区地震峰动值加速度０．２０　ｇ，地震基本烈度Ⅷ．　设计时参照《公路工程抗震设计规范》（ＪＴＪ　００４—８９）、《公路桥梁抗震设计细则》（ＪＴＧ／Ｔ　Ｂ０２—０１　—２００８）及其它设计规范要求均提高一级设防．此外，拟建场地地形起伏较大，地貌较为复杂，且分布有　较厚的软弱土层，属抗震不利地段，需进行专项研究及结构抗震分析．　另外，本桥对景观效果要求较高，如果本桥采用（硬）抗震性设计，桥墩及结构尺寸则会很大，势必　影响到整个桥梁的景观造型．因此，迫切需要采用结构控制技术，通过应用减隔震效果好、尺寸较小的减　隔震装置（产品），解决上述难题，实现结构优化设计，确保工程项目的安全、适用、经济、环保、耐久．　本桥７、９号墩为过渡墩，墩高分别为７．９５　ｍ、９．７５　ｍ，双柱式墩，柱距４．５　ｍ，桩接承台，顺桥向双排　桩．８号墩为中墩，墩高６．３　ｍ，双柱式墩，柱距４．７　ｍ，桩接承台，顺桥向双排桩．　桥墩尺寸如表１所示．　表１桥墩尺寸表　本桥上部结构采用全钢结构，是全线的典型工程，抗震等级高，因此有必要对本桥进行动力时程　分析．　２．１．１地震动加速度时程　由于未见本项目地震动加速度时程数据，根据本项目场地土类别，拟合了一条相适应的地震动加速　度时程，调幅后的峰值加速度取０．２　ｇ，计算采用的地震动时程如图２、图３所示．　２．１．２　ＨＤＲ高阻尼隔震橡胶支座建模　ＨＤＲ隔震橡胶支座可简化为双线性恢复力力学模型，如图４、图５所示．　图４中：Ｋ　为屈服前刚度，Ｋ　为屈服后刚度，ｓ　为屈服位移量，ｓ　为设计阻尼位移，Ｆ　为屈服力，　为设计阻尼力．　图５中：Ｋ０为屈服前刚度，ｘ。　为屈服位移，Ｆ。　为滑动摩擦力．　ｌｌ８　西安文理学院学报：自然科学版　第１６卷　２　５　２　１．５　Ｊ　０．５　０　一（）．５　２０　∞　３０　３５　４ｏ　一｝　一一Ｉ　５一　：　Ｉ．５　２一　ｊ　—２　２・５　－２．５　¨伸Ｊ／ｓ　时　／ｓ　图２　Ｅ２地震Ｘ方向加速度时程　图３　Ｅ２地震Ｙ方向加速度时程　（Ｉ月５尼力）　【　）　Ｆ“　Ｆ０ｙ　ｒ．　／　一ｓ　．／　一ｓ、　／　）／ｏ　／　一　｜／　／　一Ｆ／　．　Ｓ、　，　（／ｓ　Ｉ十ｎ刈‘　ｓ　移）　／　．／。　ｘ　／　一　一一Ｆ　Ｆｆ　１图４　ＨＤＲ固定型支座双线性恢复力力学模型　图５　ＨＤＲ滑板型支座双线性恢复力力学模型　２．１．３　ＨＤＲ高阻尼隔震橡胶支座计算参数　采用的ＨＤＲ系列高阻尼隔震橡胶支座的计算参数如表２所示．　表２　ＨＤＲ高阻尼隔震橡胶支座计算参数　２．２　ＨＤＲ隔震桥梁地震动力时程分析　２．２．１计算模型　采用有限元分析软件Ｍｉｄａｓ２０１０建立本钢桥模型．　结构的约束条件为：考虑桩身自由长度，桩基在合理长度嵌固；主梁与桥墩根据实际支座类型建立　非线性连接．坐标系取顺桥向为ｘ轴，横桥向为Ｙ轴，竖向为ｚ轴．　地震时程分析时，按照瑞利阻尼模型选取结构阻尼，其中计算瑞利阻尼的第一阶振型为结构的基本　振型，第二阶振型取有效质量率最大的振型．　ＨＤＲ系列高阻尼隔震橡胶支座具体设置如下：中墩设置ＨＤＲ（Ⅲ）一Ｄ８５０一Ｇ６／８固定型高阻尼隔　震橡胶支座，过渡墩设置ＨＤＲ（１１１）一５００ｘ６５０一Ｇ６／８固定型高阻尼隔震橡胶支座．　２．２．２自振特性分析　根据建立的动力计算模型，采用子空间迭代法求解桥梁结构动力特性．成桥阶段前ｌＯ阶结构自振　频率及振型特性如表３所示．　表３结构动力特性　ｌ２０　西安文理学院学报：自然科学版　第１６卷　图６—４　８＃墩底１＃支座（路线内侧墩柱）顺桥向滞回曲线图　结构在地震作用下的最大响应如表４所示．　表４—１墩底内力最大响应　表４—３纵向位移最大响应　表４—４横向位移最大响应　３　结束语　．　得到地震力作用下桥梁的最大响应，将静力作用与地震力作用按规范进行组合，就可以对桥墩和承　台以及支座位移进行验算，经验算均满足规范．通过以上分析发现，应用ＨＤＲ隔震橡胶支座，减隔震效　果良好，实现了结构优化设计，确保了工程项目的安全、适用、经济、环保、耐久．　［参考文献］　［１］　［日］小西一郎．钢桥［Ｍ］．北京：人民铁道出版社，１９８１．　［２］宋一凡．公路桥梁动力学［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２０００．　［３］　［美］Ｒ．克拉夫，Ｊ．彭津．王光远译．结构动力学［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００６．　［责任编辑王新奇］