斜拉桥抗震结构性能分析与仿真

潘从贵

（武汉南四环线高速公路建设管理有限公司，湖北 武汉 430000）

斜拉桥抗震结构性能分析与仿真

潘从贵

（武汉南四环线高速公路建设管理有限公司，湖北 武汉 430000）

当前我国城镇化建设规模在不断地扩大，斜拉桥凭借其独特大气美观的外观，成为城镇化建设中不二的选择。为了确保斜拉桥的抗震稳定性，本文结合工程实例针对斜拉桥抗震设计思想及设防准则等方面对斜拉桥的结构进行性能分析与仿真，以期确保斜拉桥的结构安全。

斜拉桥；抗震结构；性能分析；仿真

1.抗震概念设计及斜拉桥概念设计思想

我国四川发生地震的频率高，所以一般建筑都需要设置抗震等级，使其在发生地震时不遭受破坏，能够正常使用，同时保证人员的安全。因此为了进一步确保建筑的抗震质量，“抗震概念设计”这一理念应运而生，而斜拉桥正是该设计理念的一个分支，接下来笔者对其发展现状及设计思想进行详述。

1.1 抗震概念设计发展现状

由于地震对建筑物的危害大，因此需要我们对于这种自然灾害进行研究分析，并且其研究工作早在20世纪就进行了，而抗震设计的概念也在这时产生。目前在建筑施工领域内，用来减少地震危害的方法主要有两种，一种方式是对斜拉桥进行减小，或者是进行隔震设计，另一种方式就是提高建筑物的延展性。然而针对本文研究的工程，以上两种方式均不适用，我们采取的方式是限制其在纵向上位移的关键技术。

1.2 斜拉桥的抗震概念设计思想

斜拉桥不仅会受到静力荷载，还会遭受动力荷载，并且其建筑周期通常会超过了一般建筑物，而这就需要我们对其抗震设计进行更深层次地探讨，图1是其反应谱曲线。

由图1可以看出，我们需要在斜拉桥施工过程中，找到一个既能使加速度满足要求，又能使位移满足要求的周期。

2.工程项目概况

此斜拉桥项目位于四川省成都市二环路，采用的是漂浮斜拉桥结构，全长120m，高28m。该项目的完成减轻了二环路车辆拥挤的现象，对缓解成都交通压力起到了至关重要的作用，这就需要我们在满足抗震等级的情况下尽量使得斜拉桥在造价方面更加经济。

2.1 全桥空间有限元模型

为了确保斜拉桥的质量，我们需要对斜拉桥进行仿真模拟，这样就可以更加确保其施工质量。对斜拉桥的模拟过程采用了有限元模型及MIDAS软件。首先应该确定斜拉桥的坐标，在此模拟中，X轴是桥长方向，Y轴是桥宽方向，Z轴是桥的高度方向，然后在软件中输入与该桥有关的相关参数，就可以进行模拟了，其模拟出来的效果图如图2所示。

2.2 自由振动特性分析

由于地震属于动荷载力量，因此我们为了更加详实地了解地震对桥的影响，应该对桥在动力方面的特性进行研究分析。对此，笔者模拟了两个效果图，一种是考虑了活动支座的影响，另一种是没有考虑其他影响因素，接着分别分析了其在不同周期的情况下的震动情况，图3、图4、图5分别为模型模拟过程中关于震动情况的效果图。

通过分析效果图，可以看出模型1中，此桥在沿高度方向的刚度并没有沿长度方向的刚度大；沿桥的宽度方向刚度较大，其可以对地震产生的危害产生明显的抵抗作用，同时根据模型2的效果可以看出，沿此方向的刚度是大于沿桥高度方向刚度的。

表1　坐标系的不同参与情况

表2　位移受力情况统计表

3.反应谱分析

3.1 反应谱输入

通过反应谱输入方法分析地震对桥的影响是一种行之有效的方式，因为此种方法不仅考虑了研究物体在地震时自身的一些动态变化，还可以真实地模拟了地震时桥基础上的震动情况，使此软件的模拟更加真实。表1为桥梁震动中，其坐标系3个方向各自的参与情况：

从模拟出来的输入谱与归纳出来的统计数据，经过分析研究可以得出，此次模拟的效果图是符合抗震要求的。

3.2 计算结果分析

针对考虑支座影响的模型一，我们应该重点看地震影响最大的部位，对于其来说就是自身支撑作用的桥墩以及两侧桥底部的地方。表2是此次模拟出来的关键作用部位的位移所受力的情况：

从表2我们可以看出，桥梁自身抗震阻抗力是小于其所受的荷载的，所以需要附加其他的力以确保不产生位移。所以在研究分析过程中，我们应该考虑桥梁在宽度方向也保持足够的刚度。通过对比考虑支座影响的模型一与不考虑支座影响的模型二的计算结果可以看出来：当模型一与模型二同时遭受地震的影响时，模型一会产生比模型二的反应加速度要大；对考虑支座影响的模型一会增加桥梁沿长度方向的刚度问题，它将会首先产生一个弯曲的现象，而不去考虑支座影响的模型二，刚度的大小与模型一是不同的，因此可以看出，刚度大小主要取决于主塔的刚度，并且其沿长度方向的刚度没有沿宽度方向和高度方向的刚度大；从前面的分析可知，在考虑支座影响时，支座与接触体之间会发生相对位移，而真实的情况是固定不动的。所以在选择模拟的时候，我们应该采取不考虑支座影响的模型，而是尽量去找到一种切实可行的抗震结构体系。

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