拱桥的抗震性能分析

庞 辉

（长春建筑学院土木学院，吉林 长春 130600）

拱桥的抗震性能分析

庞 辉

（长春建筑学院土木学院，吉林 长春 130600）

本文通过用Abaqus有限元软件对结构进行固有值分析，分别对顺桥及横桥方向输入地震波，结果表明，在顺桥方向的影响很小，而在横桥方向，尤其是在拱脚位置上出现了非常大的轴力以及应变。

拱桥；抗震；性能分析

1 概述

拱结构是一种常见的建筑结构类型，具有历史悠久，造型优美细腻、抗压能力强等特点，因而被广泛运用于桥梁、隧道以及房屋建筑中，其中拱桥就是拱结构应用的典范之一。拱桥在桥梁的发展史上占有重要的地位，迄今已有三千多年的历史。拱桥的承载能力强，其跨越性能强于梁式桥。由于拱桥大部分分布在西南地区，在西南地区几乎很少有地震的发生，因为其有岩石基础，即使是发生地震，也不会对结构有太大的损害，对整个结构的固有周期影响的非常小，所以，对拱桥抗震的研究仅仅停留在一些弹性范围内。然而，在1995年的日本神户地震发生后，设计者开始逐渐的认识到了只在弹性范围内研究结构的抗震性能是远远不够的。针对震后灾害，并结合延性设计理念，日本桥梁规范进行了修改，提出了两水准的设计要求，分别是水准一（在多遇地震的情况下）及水准二（在罕遇地震的情况下）。

2 建立模型以及特征值分析

该拱桥主要由桥面板、钢纵梁、桥墩及拱肋组成。桥的总长是173m，拱长是114m，拱矢高是16.87m，拱桥的矢跨比为1：6.76。其中桥面板是钢筋混凝土结构，截面形式是矩形截面，它的宽度是8.2m，而其厚度为0.22m。钢纵梁的截面形式是工字形梁。桥墩采取的是箱形截面。拱肋是由箱型截面、横隔板、横向支撑以及对角支撑组成。

本文采用Abaqus有限元软件进行分析，分别对顺桥方向及横敲方向输入地震波，该地震波是1995年日本神户地震时所记录的地震波。对一个结构进行动力时程分析，首先第一步要算出它的固有周期，也就是相当于结构的特征值分析，找出质量参与系数在90%以上的所有振动模态，在本结构中取出前20个振动模态的计算结果如表1。从表中可以看出在顺桥方向起主要作用的模态是模态1、5、12，而横桥方向起主要作用的是模态2.

3 结论

图1 材料的本构关系

图2 Abaqus建立模型

通过对时程分析方法的结果作依据，分别对钢拱桥的顺桥方向以及横桥方向的激励，来验证Push-over分析方法的有效性及准确性，总结了以下的结论和建议：与顺桥方向相比，钢拱桥在横桥方向更容易破坏，且破坏的位置一般在拱脚处。

表1 边界条件

表2 钢材级别

表3

[1]日本道桥示方书[Z]，1996.

[2]日本道桥示方书[Z]，2002.

U448

A

10.13612/j.cnki.cntp.2014.04.028