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案例分析
斜拉素在地震作用下的受迫振动
解斌
淄博通达公路工程有限公司,山东淄博255400)
摘要:本章以某大桥为工程背景,首先通过桥梁专业有限元软件 Midas建模,采用振型叠加法对某大桥做全桥的在地震
作用下的线性的时程分析,从而得到斜拉索锚固点的加速度时程。然后利用 Ansys建立斜拉索的有限元模型,对斜拉索做在
锚固点的加速度作用下的线性和非线性局部的时程分析,从而得到斜拉索在地震作用下的线性和非线性动力响应,并加以比
,得出结论。
关键词:有限元件;地震作用;受迫振动
中图分类号:TU323.4文献标志码:A文章编号:1674-3024(2014)4-8603
该小于结构模型自振周期的110,当取为自振周期的1/50时
就可以忽略计算结果的误差。本文时间步长△1取为0.02s
本章对该斜拉桥拉索进行局部非线性动力分析,主要研共计算1250步:同时本文取桥梁结构的阻尼比为0.03;不
究该斜拉索在地震荷载下的位移和应力变化情況,分析地震考虑桩和上之间的相互作用。这里主要研究该桥梁在一致激
对斜拉索的影响。目前对斜拉索在地震作用下的非线性动力励下的地震动力响应
响应的研究还非常少,此对其做动力分析非常有必要,这3.2斜拉索锚固点加速度时程提取
是本文所研究的重要部分。
利 MIDAS对该桥进行慜体一致激励地震时程分析,再
工程概况
利用 ANSYS对斜拉索进行模拟,做进一步的局部动力分析,
研究斜拉索在地震载下的应力和位移变化,对该桥斜拉索
某大桥全桥长10.137km,主桥的总宽度为555m,双向的抗震性能做出合理的判断。对斜拉索进行动力分析时需要
八车道,设计行车速度100kmh,设计荷载为公路1级,设在前面整体分析的基础上提取斜拉索的锚固点加速度吋程
基准期为100年,地震基本烈度VI度。全桥共布有576提取加速度时程的各节点分别为1551(左侧节点)、1479
根斜拉索,其釆用低松弛镀锌髙强钢丝
(右側节点)
由于斜拉索柔度比较小,在地震作用下会产生比较大的3.3非线性动力方程的数值解法
变形,元其是在强震作用下,会产生很大变形,对其做多点
(1)线性动力分析的増量列式
激励时程分析贾考虑儿何非线性。
非线性动力分析一般采川增量列式,其主要理论如下:
2全桥有限元模型简介
只考虑几何非线性,取1和h(h为时间步长)时刻所
确定的动力平衡关系式之差,就得出増量平衡方程
在对桥梁结构进行地震反应分析时,结构有限元模型建
M]?{+??{+S△{?=△(P
(1-1)
立的合理与否,直接关系到分析结果的真实性。本文对某大
桥进行在地震作用下的一致激励分析,采用有限元分析软件
[M为质量矩阵,{?、?}、{x、(円分别为加
Midas进行模拟计算,按空问杆系结构做有限元分析。全桥速度向量增量、速度向量增量、位移向量增量和荷载向量增
共有354个单元,4120个节点,其中梁单元2778,索单元量,?为阻尼矩阵,a]为切线刚度矩阵
576个。计算不考虑混凝土收缩、徐变的影响
增量运动方程组(1-1)的逐步解法是由规定位移、速
3全桥时程分析
度和加速度中一个简单的关系来公式化的,在一个短的时间
步h内,可以假定这种关系是合理的;由此能加速度的变
3.1地震波输入
化来表达速度和位移増量的变化,或者川位移增量表达速度
桥梁结构动力分析的地震动输人通常是采用地震地面或加速度的变化:通过假定加速度向量随时间变化方式就能
运动。地展动非常复杂,其输入问题是进行结构地震反应分够方使地建立起位移、速度和加速度之间的关系式:假设加
析的前提和基础,这也是工程结构抗震设计中的薄弱环节,速度在时间步持续时间内为线性的,对应的速度和位移是对
地震波选取的合理与否直接影响着结构地震时程反应结果此加速度在步长时问内逐次积分获得的
的准确性,动态时程法一般是采用加速度吋程输入。
日前对结构进行时程分析时选用的地震波,应用较多的
A{?={h+A(??
是选择典型的过去强震记录。本文主要研究斜拉索在地震作
用下的响成,桥梁场址地震烈度可取高一些,分别按8度和
ム{?=(+
+A{F2
(1-3
9度抗震设计要求进行抗震设防,通过对现有的强震记录进
、{x}分別为步起始点时刻的迷度向量和加速
行比较,沿桥梁纵向选用南北向的 alenio地震波,沿桥梁度向量,即初始速度和初始加速度
横向选川东西向的? centimo地波,沿侨梁竖向选川竖向
联立式(1-1)、(1-2)和(1-3),把隐式列式转换
的国 Cello地震波。
本文地震持时取为25s。在时程分析计算中,时间歩的为显式形式,得到等效静力平衡方程:
选取与结构自振频率息息相关。研究表明,时间步距一般成
KJ△?=4?P
(1-4
86建筑建材装饰
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