深軟場地上考慮土-結構相互作用的斜拉索地震反應分析

1、深軟場地上考慮土-結構相互作用的斜拉索地震反應分析    摘要：結合某一重大橋梁工程，選取兩種深軟場地，在合理模擬深軟場地非線性基礎上討論土-結構動力相互作用對斜拉索地震反應的影響。利用軟件ABAQUS建立了深軟場地-樁基-斜拉橋三維有限元模型，作為對比，建立了深軟場地上不考慮土-結構動力相互作用的常規(guī)剛性地基模型，通過時程分析法計算順橋向斜拉索地震反應。計算結果表明：深軟場地上考慮土-結構動力相互作用后，斜拉索應力反應普遍增大，拉索地震反應規(guī)律與地震波輸入有關，設計時應考慮土-結構動力相互作用。關鍵詞：深軟場地；斜拉索；地震反應引言大跨徑斜拉索的拉索具

2、有很小的剛度和阻尼,拉索往往具有很低的固有頻率和極低的模態(tài)阻尼比,在地震激勵下極易發(fā)生意想不到的大幅振動。目前,拉索的地震反應已成為斜拉橋亟待研究解決的關鍵問題之一,但目前所有的斜拉索研究都是基于不考慮土-結構動力相互作用的剛性地基假設，這種假設在地基情況良好時比較符合實際，但是在軟弱地基時與實際情況相差較大。本文主要對軟弱地基上斜拉索地震反應進行討論，并與剛性地基假設的計算結果做對比，得出一些有益結論。1.工程背景該斜拉橋為三跨全飄浮體系（141 m +345 m +141m），雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋。大橋設計安全等級為一級，橋梁設計基準期為 100年，主梁截面為抗風性能良好的扁平式鋼箱梁，

3、梁高3.2 米，寬 23.5 米。索塔為門形塔，塔高140 米，塔柱設置兩道橫梁，塔柱均為空心薄壁結構。每個主塔基礎各由128根 C25鋼筋混凝土嵌巖樁組成。全橋共130根斜拉索，采用半平行鋼絲索，主橋布置見圖1。圖1 主橋布置圖橋址場地在地貌上主要屬于長江漫灘相或湖沼相沉積，為典型深軟場地。場地豎向剖面第一層是耕土、塘泥或填土，其下沉積物的粒徑在豎向剖面上由細變粗。2.計算模型和動力特性分析斜拉橋的橋面系模型可采用單梁式、雙梁式或三梁式模型。這些模型能準確計算斜拉橋縱向反應，但不能準確計算豎向地震反應，故本文采用實體單元模擬橋面系。斜拉索部分采用三維桿單元模擬，并以Ernst切線模量考慮垂度

4、的影響。全橋共91623個單元，356374個節(jié)點。斜拉橋模型見圖2（常規(guī)剛性地基模型）。土體模型采用記憶型嵌套面動力粘塑性本構模型，并按照群樁等效剛度原則，將主塔下群樁合并成32根等效樁。樁-土-斜拉橋模型見圖3（柔性地基模型）。研究斜拉橋的自振特性是進行地震反應分析的基礎。文獻3列出了斜拉橋前10階自振周期及振型特點。從中可見，本橋基本周期為6.88s，屬長周期，符合漂浮體系斜拉橋特征。3.地震反應及結果分析3.1抗震水準與地震動輸入本橋為重大建設工程，按照抗震設防原則采用100年超越概率3%的概率水平下的地震動參數(shù)進行抗震設計。根據(jù)場地地震安全評價報告，100年超越概率3%的基巖水平地震

5、動峰值加速度為0.154g。本文選取El centro波輸入。對柔性地基模型，將地震波峰值調(diào)整為0.154g，從基巖輸入；對剛性地基模型，首先由基巖地震動正演得到對應的地表地震動，再將地表地震動從斜拉橋墩底輸入。基巖地震動時程與正演得到的地表地震動時程見文獻3。本文選取的兩種深軟場地剖面資料見表1。3.2順橋向地震結果分析本文工況：類場地上考慮相互作用記為-el-ssi，類場地上不考慮相互作用記為-el-nossi；類場地上考慮相互作用記為-el-ssi, 類場地上不考慮相互作用記為-el-nossi。拉索是長細比很大，阻尼比又非常小的構件，在地震荷載下極易發(fā)生振動。拉索的振動將使其根部出現(xiàn)反

6、復的彎曲應力而導致疲勞破壞，因此應予以關注。為了方便敘述，將拉索編號：從邊跨到橋塔拉索編號為C1C21，從橋塔到中跨跨中拉索編號為 C22C41，如圖4所示。圖5是地震波縱向輸入時半橋下錨端拉索軸向應力峰值圖。從中可見：a）由于拉索長度、傾角的關系，邊墩附近拉索應力峰值大于橋塔附近拉索應力峰值，當向跨中接近時，拉索應力峰值又明顯增大；b）三種地震動荷載作用下，除個別拉索外，有土存在時拉索應力峰值普遍大于無土時拉索應力峰值。 這是因為橋面系的慣性力是通過拉索傳遞到橋塔，進而傳遞到地基的。有土存在時橋面系慣性力增大，所以在拉索上產(chǎn)生的應力也將增大。4.結論本文針對某一斜拉橋工程，建立了考慮與不考慮

7、土-結構動力相互作用的兩種模型，并計算了順橋向斜拉索地震反應，結果表明：（1）考慮與不考慮動力相互作用的計算結果差別明顯，按常規(guī)剛性地基模型不能準確反映軟弱地基上斜拉索地震反應，需考慮土體-斜拉橋動力相互作用；（2）考慮動力相互作用的斜拉索應力大于相應不考慮動力相互作用的斜拉索應力，增幅與具體輸入地震動有關，設計時應考慮軟弱地基的不利影響。參考文獻：1 葉愛君，胡世德，范立礎. 斜拉橋抗震結構體系研究J.同濟大學學報2002，4 (22) : 35-39.2 陳國興，莊海洋. 基于Davidenkov骨架曲線的土體動力本構關系及其參數(shù) 研究J.巖土工程學報，2005，27 (8) : 860-864.3 張博，宰金珉，莊海洋. 深軟場地上考慮土-結構相互作用的斜拉橋被動控制分析J.世界地震工程，2009,1（25）    你可能感興趣的畢業(yè)論文    · 淺議地理教學反思的方法· 新課程理念與地理教學反思