460
460
20
12600
160
1220
1
2
260
4601012
3
1012
460
440
4
单位：mm 图2
杆件构造
【摘要】：与其他桥型对比，桁架桥结构自重轻、造型简单，由上弦、下弦及腹杆组成桁 片，各杆件协同受力，具有有效利用材料、便于节段拼装和施工快捷等优点。基于大型通用计算软件ANSYS 对某桁架桥进行了静力和地震时程分析，计算关键部位的位移和内力响应的最大值，从而得到桁架桥的静动力特性和抗震性能。 【关键词】：刚桁架；桥梁；ANSYS ；地震响应；静力地震作为一种自然灾害其危害极大。桥梁工程是重要生命线工程，其破坏不仅会威胁人们的财产甚至生命安全，还会给地震的灾后重建带来巨大 困难，给整个社会带来巨大损失。因此，在地震中确保桥梁具备充分的抗震能力和合理的安全性，从而减少因灾害造成的损失是工程和学术界备受关注的问题[1～4]。
为充分了解桥梁在地震作用下的响应，利用有限元程序ANSYS 分析钢桁架桥梁在地震作用下的动力性能。
1工程概况
对一座跨径66m 简支钢桁架桥进行分析。该桥宽10m、长66m、高11m，每个节段长11m，地震烈度为7度。见图1和图2。
桥面板采用C50混凝土，E =3.5×1010N/m 2，μ=0.1667，ρ=2500kg /m 3。杆件采用H 型截面，所用钢材为16Mnq，E =2.06×1011N/m 2，μ=0.3，ρ=7800kg/m 3。桥梁阻尼比为0.03。
2边界及荷载条件
重力加速度g 为9.8m/s 2。采用EL Centro 地震波，时间间隔0.02s，总时长15s，记录信号为竖向加速度。按0.1s 间隔提取一共150个数据，在输入计算前先在对原始数据进行处理。
基本烈度为7度时，地面水平加速度峰值a 为0.1g 或0.15g ，取平均值0.125g 。但是EI Centro地震记
录的峰值竖向加速度为a v max =200.0004cm/s 2。所以，须先把实际地震记录的加速度峰值转换为所需烈度对应的加速度峰值后再进行计算。已知水平地震系数K H =0.1，竖向地震系数K V =0.05，得到a v =a /2。对于EI Centro地震记录
a v a v max =0.125g/2
200.0004
=0.30625
（1）该记录应该乘以0.30625后使用。
3模型建立
桁架桥各杆件采用BEAM188单元划分，桥面板用SHELL63单元划分。有限元模型见图3。
4计算结果
4.1静力分析
施加自重力场，变形见图4。
钢桁架桥梁的静力及地震响应分析
□文/王洪龙
李
佶
铁橡栎单位：mm 图1
桥型布置
11000
11000
110006600011000
11000
11000
11000
2
3
4
1
1
11000
11000
11000
11000
烟腹毛脚燕44000
图3
桁架桥有限元网格划分
市政与交通
Municipal and Transportation
天津建设科技
Tianjin Construction Science and Technology 第29卷第1期2019年2月17
X
Y Z
MX
X Y
MN
Z MX
MN
0.692×10-30
0.001384
0.002077
0.0027690.0034610.0041530.0048450.0055370.00623MX MN
Y X
Z MX
Y X
Z
MN
关于发展社会事业和改善民生的几个问题0.311×10-30.623×10-30.934×10-30.0012460.0015570.0018690.002180.002492
0.002803
图8
桥梁的第三阶振型
MX MN X MX
MN X
Y Z
Y
Z
0.002254
0.0020030.0017530.0015020.0012520.0010020.751×10-30.501×10-30.250×10-30
MN
MX
Y X
Z
MX
MN
Y
X Z 0
0.668×10-30.0013370.0020050.0026730.0033410.004010.0046780.005346
0.006015
MN
X
Y Z
桥梁的最大位移出现在前面板的中间部位，最大位移为5.28cm。桥梁在自重作用下的应力见图5。
桥梁的最大应力出现在左端约束部位，最大应力为18.3MPa；其他各位置应力均很小。4.2模态分析
获得前五阶的频率和对应的振型。见表1和图6-图10。
表1
桥梁的前五阶频率
4.3地震反应分析
加载读入地震波文件，可以得到到节点X 、Y 方向和总体的最大位移及其作用位置，同时可以得到最大等效应力以及作用位置。 1）X 方向位移。最大位移发生在第127步荷载时，见图11。位移最大为175号节点，最大位移为3.255mm。该节点的时间历程曲线见图12。从图12中可以得到，除了在第127步荷载下节点达到最大位移外，其他时刻节点位移基本为最大位移的一半。
单位：m
图4自重作用下桥梁变形情况
单位：MPa
图5
在自重作用下桥梁的应力情况
阶数12345
频率/Hz 2.03942.46802.69352.69502.7021
图6桥梁的第一阶振型
图7桥梁的第二阶振型图9桥梁的第四阶振型
图10桥梁的第五阶振型
任莹莹
MN
Y
Z
X MX
0.0058660.0117320.0175970.0234630.0293290.0351950.0410610.046927
0.052792
0.3948422.39 4.38 6.388.3710.412.414.416.318.3
MN MX
X
Y Z
MX
MN Y
X Z 0
0.316×10-30.632×10-30.948×10-30.0012640.001580.0018960.0022120.002528
0.002844
-0.456×10-3-0.438×10-4-0.369×10-3-0.781×10-3
0.0011930.0016060.0020180.00243
0.002843
0.003255MX
MN
Y X
Z
单位：m
图11桥梁X 方向的最大位移
4
3.22.41.6.80-.8-1.6-2.4-3.2
位移/m m
02468
1012141618
时间/s
图12桥梁X 方向175号节点位移时间曲线
市政与交通
Municipal and Transportation
天津建设科技
第29卷第1期18
MN
X
Y
Z
2468
101214161820
7.56.255
3.752.51.250
-
1.25-2.5
-3.75-5
位移/m m
时间/s
单位：m
图13
桥梁Y 方向的最大位移
图14桥梁Y 方向179号节点位移时间曲线
周毅之0.639×10-30.0012780.0019170.0025570.0031960.0038350.0044740.005113
0.005752
MX
X MN
Y Z
2）Y 方向位移。最大位移发生在第137步荷载时，见图13。位移最大点179号节点，最大位移为5.752mm。该节点的时间历程曲线见图14。从图14可以得到，在第2~6s 之间，该节点的位移较大，其他时刻节点位移较小。
3）节点总体最大位移。最大位移发生在第126步荷载时，见图15。位移最大为175号节点，最大位移为6.556mm。
4）最大等效应力。节点最大等效应力发生在第106步荷载时，见图16。最大等效应力出现在左端支座节点处，最大等效应力值为1.52MPa。
5结论
松籽油
1）该桥第一阶振型自振周期长，固有频率低，在地震响应中占了较大比例。
2）在地震作用下，节点的最大位移和最大等效应力均小于桥梁在其自重作用下的值。
3）在地震作用下，桥梁最大应力发生在支座附近处；而跨中处应力较小，不控制设计。
4）无论在哪种激励下，结构的最大位移值均不超过容许位移值且各单元的最大轴力值均小于最大容许应力值。
因此，可判断该桁架桥梁在7度地震作用下具有较好的抗震性能。
□■
参考文献：
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[4]林家浩，张亚辉，赵岩.大跨度结构抗震分析方法及近期进展[J].力学进展，2001，31(3)：350-360.
□中图分类号：U441□文献标志码：C
□文章编号：1008-3197（2019）01-17-03□DOI 编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2019.01.005
□收稿日期：2018-06-01□作者简介：王洪龙/男，1988年出生，工程师，硕士，天津市市
政工程设计研究院，从事桥梁工程设计工作。□李
佶/天津市市政工程设计研究院。
单位：m
图15桥梁总体最大位移
单位：MPa
图16
桥梁最大等效应力
MX
MN
X
Y Z
0.728×10-3
0.0014570.0021850.0029140.0036420.004370.0050990.005827
0.006556
0.0608260.2224390.3840510.5456640.7072770.868889
1.03
1.19
1.35
1.52
市政与交通
Municipal and Transportation
王洪龙，等：钢桁架桥梁的静力及地震响应分析
第29卷第1期
19
