非对称高墩大跨曲线连续刚构桥地震反应分析

１ 芦 家沟大桥 概 况及计 算 模型 芦家 沟特大 桥位 于 国道 主干线 兰 临高速 公路 兰州 市七 里河 区西果 园段 ， 平 面上位 于 Ｒ： ０ 在 ６ ０ｍ 的圆 曲 线 以及 Ｌ ＝ ０ｍ 的缓 和 曲线上 ， 主跨 为 （ ４＋１５＋ ８ 其 ６ １ ６ ）ｍ 曲线连 续 刚 构 桥 ， 梁 全 长 ３ ９ ８ 共 ７个 ４ 桥 ９ ． ０ｍ， 墩 ， 中 １ 主墩 高 ４ ２号主 墩 高 ７ 其 号 ６ｍ， ３ ｍ。这座 大桥 集高墩 、 大跨 和新 技术 于一 体 ， 笔者 只对 其 主桥进行 抗
外 振 型控制 剪 力 Ｑ 和扭矩 ； 向振 型控制 其轴 力 。 竖 曲线连 续一 刚构 的第 一振 型虽 然 以顺 桥 向振 动 为
主 ， 横桥 向振 动也 不小 （ 其 可从 图 ２ ａ 看 出 ） 这说 明 （） ， 无论 地 表 的水平 运 动沿 方 向还 是 沿 Ｙ方 向 ， 构 在 结 两个 方 向 的水平 位 移都 比 较大 。 因此 ， 这种 结 构 在 水 平 地震 荷载 下 的各 内力值 可能 相对 较大 。 面 内振 型对 Ｙ方 向 （ 桥 向） 励 起 主要 作 用 ， 顺 激 这 是 因为主梁 、 的振 动和地 面 水平运 动 的方 向一致 ， 墩 因 此 产生 较大 的惯性 力 ， 而使 结 构 产 生 较 大 的地 震 反 从 应 。面外振 型对 方 向 （ 桥 向） 横 激励 起主要 作 用 。
建立 全桥 有 限元模 型 ， 分析 了该桥 的频 率 、 振型 等动力
特性 。表 １ 图 ２列 出了 芦 家 沟特 大 桥 前 １ 和 ０阶振 型 的 自振周 期 、 动 特征 以及 前 １ 振 ０阶振 型图 。分析得 到 芦家 沟特 大桥 的 动力特 性具 有如 下特 点 。 对两种 结 构 自振 周 期进行 比较 ， 知 曲线连续一 可 刚 构 的 自振 周期 小 于 曲线 连 续梁 的相 应 值 ， 是 因为 两 这
作用 。就墩 而 言 ， 内振 型控 制剪 力 Ｑ 和 弯矩 Ｍ 面 面 ；
依 据实 际结 构 ， 借助 大 型 有 限元 结 构 分 析通 用 软
件 Ａ Ｓ Ｓ． Ｎ Ｙ ９ ０建 立该 大桥 的空 间有 限元模 型 。同 时建 立 了相 同上 部结 构 的曲线 连续梁模 型。两 种桥 型所 采
２ 自 振 特 性 分 析
较 新颖 的 曲线 连续 刚 构 ， 曲线 连续 刚构 桥 可 以 灵 活地
适 应线形 的需 要 ， 曲线 梁 桥 的应 用 开 辟 了更 广 阔 的 为
前 景 。然 而 ， 于 这 种 桥 型 在 以 往 的 桥 梁 工 程 中应 用 由
较少 ， 因而关 于该类 桥 的震 害 分 析及 其 他 可 供 参 考 的
断 面 所在 位 置 。 同 时 ， 对相 同上 部 结 构 的 曲线 连 续 粱桥 进 行 还
相 同 内容 的 分析 ， 对 两 种桥 型 的 分 析 结 果 作 了 比较 。 并
０
图 １ 芦 冢 沟 大 桥 主 桥 模 型
关键 词 ： 线 桥 ；连 续 刚 构 桥 ； 动 力 特 性 ； 地 震 反 应 ； 结 构 曲
分析
中 图 分类 号 ： ４ ８ ２ Ｕ４．３
文 献 标 识 码 ： Ａ
梁 与墩 的 连 接 通 过 相 应 节 点 的 自由度 耦 合 来 实
现 ， 薄 壁 ） 主 双 与
文章 编 号 ：０ ４— ９ ４ （ ０ ８ ０ １ ０ ２ ５ ２ ０ ） ６—０ ５ ０ ５—０ ３
有 频 率 和 自振 模 态 ； 析 墩 高 变化 对 曲 线 刚 构 桥 自振 频 率 的 影 分
响 。在 此 基 础 上 ， 行 该 桥 地 震 反 应 的 反 应 谱 分 析 ， 出 曲 线 进 得
连 续 刚构 桥 地 震 反 应 的特 点 ， 以及 地 震 荷 载 作 用 下 结 构 的 薄 弱
技 术资料 较少 。我 国 是一 个 地 震 多 发 国 家 ， 究 高烈 研
度 区该类 桥 的地 震 反应 的特 点 ， 于积 累技术 资 料 ， 对 促 进 曲线连 续 刚构桥 在桥 梁工 程 中的更 广泛应 用具 有一
定 的现实 意义 。
计算 采用 通用 有 限元计 算程 序 Ａ Ｓ Ｓ进 行 ， 过 ＮＹ 通
摘
要： 用通用有限元软件 Ａ Ｓ Ｓ． 利 Ｎ Ｙ ９ ０对 芦 家 沟 大桥 建 立 空
该 桥 的 圆 曲线 的 圆心 为 坐标 零 点 ， 向 为 ｙ轴 ， 向 轴 径 为 轴 ， 向为 ｚ轴 。芦家 沟 大桥主桥 模 型见 图 １ 竖 。
间 有 限元 模 型 ， 分析 该桥 的 空 间振 动 特 性 ， 出 结 构 前 １ 得 Ｏ阶 固
梁 刚结 ； 于 曲线 连续 梁桥 ， 对 分别 耦 合 了轴 向 、 向、 径 竖
兰 临高速 公路 芦家 沟特 大桥 的结 构形 式选 用 了 比
向 ３个 自由度 和 沿轴 向的 扭 转 自由度 ， 以及 沿 竖 向 的
弯 曲 自由度 ， 主梁 端部 分 别 约 束 了竖 向 和径 向 ２个 自 由度和 沿轴 向 的扭 转 自由度 。
震分析 。
种结 构 的质量 分布 完全 相 同 ， 而前 者 的刚度 大于后 者 ， 所 以前者 的振 动频 率大 于后 者 的相应值 ， 周期 较小 。 而 就主 梁而 言 ， 内振 型 对 其 轴 力 和 面 内弯 矩 面
起控 制作用 ； 面外振 型对 其 径 向剪 力 、 面外 弯矩 扭矩 和 起控 制 作 用 ； 向 振 型 对 其 竖 向剪 力 起 控 制 竖
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非对称高墩大跨 曲线连 续刚构桥地震反应分析
王 心 顺 ，舒 春 生
（．中铁 第 五 勘 察 设 计 院集 团 有 限 公 司技 术 研 究 院 ，北 京 １２ ０ ； １ ０ ６０ ２ ．甘 肃 省 交 通 规 划 勘 察 设 计 院 有 限 责 任 公 司 ，兰 州 ７０３ ） ３０ ０