斜交小箱梁桥地震反应分析

2018-05-04 02:24曾天宝
城市道桥与防洪 2018年4期
关键词:墩底斜度跨径

曾天宝,张 琳

(1.南昌市城市规划设计研究总院,江西 南昌 330038;2.江西省交通科学研究院,江西 南昌 330038)

1 概述

由于用地规划及水系走向问题,城市桥梁很少能够成正桥,一般都做成斜桥、弯桥等。考虑到我国是一个地震多发的国家,而地震对桥梁的破坏又是及其严重的,所以,对斜桥、弯桥进行的地震反应分析是十分有必要的。

本文以城市斜交小箱梁桥为工程背景,取多种跨数的斜交小箱梁桥为研究对象,在国内外研究成果的基础上,采用斜度、跨径、支座刚度、墩高和跨数等变量作为可变参数,分别进行常遇地震作用下的反应谱分析和弹性时程分析,探讨它们对结构地震反应的影响。

2 单跨斜交小箱梁桥地震反应参数分析

2.1 斜度对地震反应的影响分析

在跨径和支座支承刚度保持一定(跨径为20m,支座刚度为4 000 kN/m)的条件下,选取0°、15°、25°、35°、45°和 55°的小箱梁,进行斜度变化的参数分析。

由图1、图2可见,当地震波沿x向(y向)输入时,反应谱和时程分析法所得的计算结果几乎一样,支座剪力Vx(Vy)基本上不随斜度的变化而变化。

图1 地震波沿x向输入时不同斜度的支座剪力(单位:kN)

图2 地震波沿y向输入时不同斜度的支座剪力(单位:kN)

2.2 跨径对地震反应的影响分析

在斜度为25°,支座刚度为4 000 kN/m不变的条件下,选取跨度为 20 m、25 m、30 m、35 m、40 m五个不同的跨径,进行跨度变化的参数分析。

由图3、图4可见,当地震波沿x向(y向)输入时,时程分析和反应谱法所得的结果比较接近。斜度不变时,Vx(Vy)随跨径的增大而增大;Vy(Vx)基本上为0。

2.3 支座刚度对地震反应的影响分析

在跨径和斜度保持一定(跨径为20 m,斜度25°)的条件下,选用支座刚度为4×103kN/m、4×104kN/m和4×105的小箱梁,进行支座刚度变化的参数分析。

图3 地震波沿x向输入时不同跨径的支座剪力(单位:kN)

图4 地震波沿y向输入时不同跨径的支座剪力(单位:kN)

由表1、表2中数据可知,当地震波沿x向(y向)输入时,时程分析和反应谱法的所得结果比较接近。Vx(Vy)随支座刚度的增大而增大,当刚度达到一定值后趋于稳定。

表1 地震波沿x向输入时的支座剪力

表2 地震波沿y向输入时的支座剪力

3 两跨连续小箱梁桥地震反应参数分析

3.1 斜度对地震反应的影响分析

在跨径和支座支承刚度保持一定(跨径为20m,支座刚度为4 000 kN/m)的条件下,选取0°、15°、25°、35°、45°和 55°的小箱梁,进行斜度变化的参数分析。设斜度0°(正交桥)时反应谱法得出的弯矩和剪力分别为M1和V1,以斜度为横坐标,分别以比值My/M1、Vx/V1为纵坐标,得出内力随斜度变化的比较见图5、图6。

图5 桥墩弯矩随斜度变化的对比

图6 桥墩剪力随斜度变化的对比

从图5、图6可知:墩底地震内力都随斜度增大而增大。但是斜度小于20°时,墩底地震内力My和Vx有增大幅度很小,可以忽略;而斜度大于20°时,增长的幅度较大;当斜度达到55°时,相对于斜度0°时增加了30%左右。

3.2 墩高对地震反应的影响分析

在跨度为20 m,斜度为25°的条件下,选取墩高为 3 m、6 m、12 m、20 m、28 m、36 m六个不同的墩高,进行墩高变化的参数分析。各种墩的墩柱半径及墩底屈服弯矩见表3。

表3 桥墩截面参数表

由图7、图8可知,进行反应谱法和时程分析法分析,得出的规律基本上都差不多:当墩高一定时,墩底地震内力My和Vx随着斜度的增大而增大;当斜度一定时,墩底的弯矩My、Mx随墩高的增高而增大,Vy随墩高的增高而增大,而剪力Vx随墩高的变化并不呈规律性变化,说明墩越高,刚度越小,下部结构越柔,空间耦联性越强。

3.3 跨径对地震反应的影响分析

选取跨度为20 m、30 m、40 m三个不同的跨径,对不同斜度的两跨连续斜交小箱梁桥地震反应的影响进行分析。

图7 反应谱法下墩底内力

图8 时程分析法下墩底内力

由图9、图10可知,进行反应谱法或时程分析法分析,得出的规律基本上都一样:当跨径一定时,随着斜度的增大,墩底地震内力My和Vx有增大的趋势;斜度一定时,My、Vx随跨径的增大而增大。

图9 反应谱法下墩底内力图

图10 时程分析法下墩底内力图

4 跨数变化对小箱梁桥地震反应参数分析

选取的跨数参数为2跨、3跨和5跨。在一定跨径(20 m),一定墩高(6 m),斜度分别为 0°、25°、55°的情况下,探讨跨数变化对斜交小箱梁桥地震反应的影响。

从图11~图14可以看出,采用反应谱法或线性时程分析法分析得出的规律基本上都一样:当跨数一定时,斜度0°(正交桥)和25°时的My、Vx几乎相等;斜度55°时,中跨桥墩墩底内力My、Vx与0°时相比有一定的增大,这种增大的趋势随跨数的增多而减弱;中跨桥墩墩底内力My、Vx随跨数的增多有所增大,五跨中跨的My、Vx比两跨中跨的My、Vx增大20%~30%。与两跨、三跨相比,五跨连续斜交桥在中跨My、Vx有所增大的同时,边跨的My、Vx则基本不变。

图11 反应谱法下墩底沿x方向的内力

图12 反应谱法下墩底沿y方向的内力

5 结论

通过本文的研究,得出如下结论:

(1)经过比较反应谱法和时程分析法两种方法的结果,两者的结论是基本一致的。

图13 时程分析法下墩底沿x方向的内力

图14 时程分析法下墩底沿y方向的内力

(2)单跨斜交小箱梁桥,当地震波沿x向(y向)输入时,支座剪力Vx(Vy)基本上不随斜度的变化而变化。当斜度不变时,Vx(Vy)随跨径的增大而增大;当斜度与跨度不变时,Vx(Vy)随支座刚度的增大而增大,当刚度达到一定值后趋于稳定。

(3)两跨及三跨连续斜交小箱梁桥斜度、墩高和跨径变化参数对结构地震反应的影响:

a.墩底地震内力都随斜度增大而增大。但是斜度小于20°时,墩底地震内力My和Vx有增大幅度很小,可以忽略;而斜度大于20°时,增长的幅度较大;当斜度达到55°时,相对于斜度0°时增加了30%左右。

b.当墩高一定时,墩底地震内力My和Vx随着斜度的增大而增大;当斜度一定时,墩底的弯矩My、Mx随墩高的增高而增大,Vy随墩高的增高而增大,而剪力Vx随墩高的变化并不呈规律性变化。

c.当跨径一定时,随着斜度的增大,墩底地震内力My和Vx有增大的趋势;斜度一定时,My、Vx随跨径的增大而增大。

(4)跨数变化参数对结构地震反应的影响:中跨墩底地震内力随着跨数的增加而增大,而边跨墩底地震内力随着跨数的增加而基本不变。

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