宽幅单索面矮塔斜拉桥地震响应分析及梁体碰撞研究

摘要

矮塔斜拉桥是近年来发展兴起的一种新型的桥梁结构，其结构刚柔并济，兼有斜拉桥和连续梁桥的特点。目前对于这种桥型（尤其是宽幅单索面矮塔斜拉桥）的抗震研究尚处于起步阶段。而随着各地地震灾害的频发，尤其是2013年发生的4·20雅安地震更是给我们带来惨痛的教训，因此研究矮塔斜拉桥的地震响应分析及地震中梁体的碰撞问题是很有必要的。本文以云南省绥江县四方桥为工程背景，采用SAP2000建立全桥模型进行了以下研究:
　　(1)研究了桥梁各构件在SAP2000中的模拟方法，包括主梁、斜拉索、索塔、桥墩和边界条件的模拟，通过对四方桥模型的动力特性计算分析，分别得出四方桥主桥和引桥的动力特征并简单分析四方桥主桥的动力特性的特点。
　　(2)分别对四方桥的主、引桥进行地震反应谱响应分析。对四方桥主桥进行E1地震作用下顺桥向、横桥向、竖桥向以及三向组合反应谱分析可知:四方桥主桥各构件在E1地震作用下均处于弹性工作阶段。对四方桥引桥进行E1和E2地震作用下反应谱分析，结果表明:四方桥引桥在E1地震的作用下，完全可以实现细则所规定的“不受损伤或不需修复可继续使用”的性能目标，而且富余量充足。在E2地震的作用下，桥梁安全可靠，也可满足细则所要求的“不致坍塌”的目标。
　　(3)对四方桥的主桥进行E2地震作用下时程响应分析，结果表明:在E2地震作用下，四方桥主桥桥墩柱、桩基础、拉索、主塔均满足抗震需求，而四方桥主桥的支座不满足要求，建议更换合适的抗震支座。
　　(4)建立用于研究桥梁碰撞的全桥有限元模型，基于非线性时程分析响应研究影响桥梁碰撞的因素，得出以下结论:伸缩缝间隙、碰撞弹簧刚度以及支座非线性刚度均为影响桥梁碰撞的因素，并提出减轻桥梁碰撞的工程措施包括建立合理的伸缩缝间隙和安装耗能装置。