朝天门长江大桥结构抗震和静力稳定性初步分析报告(550m钢桁架拱桥).doc

重庆朝天门长江大桥 结构抗震和静力稳定性初步分析 目 录 1 采用的规范及参考依据 2 抗震设防标准的确定 3 结构动力特性分析 3.1 计算图式 3.2 边界条件 3.3 动力特性分析 4 结构的地震响应 5 结构的静力稳定性分析 结论 重庆朝天门大桥工程位于重庆市区，初步设计钢桁拱桥的跨度布置为：190+552+190＝932米。其主墩（N2、N3）均为矩形独柱墩，边墩（N1、N4）均采用矩形截面框架墩，靠近江北岸的N1墩高达78米（自承台以上），而靠近江南岸的N4墩只有36米（自承台以上）。上下层桥面均为正交各向异性板，桁高为11.83米，上层桥面宽36.5米，下层桥面宽29米，上层桥面重16.8t/m，下层桥面重13.7t/m，主桁重27t/m。 大桥所在地区地震动峰值加速度为0.12g，为确保该桥在成桥运营状态的抗震安全和结构具有足够的静力稳定性，必须对该桥的抗震安全性和结构静力稳定性进行全面的分析。 1．采用的规范及参考依据 1．1 中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-89） 1．2 中华人民共和国交通部部标准《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89） 1．3 重庆市地震局《重庆市王家沱长江大桥工程场地地震安全性评价报告》（2003年12月） 2．抗震设防标准的确定 对于连续钢桁拱桥的抗震设防，首先是要确定一个安全经济合理的抗震设防标准，根据该桥桥址区的地震地质构造环境，近场区的地震活动性和近场区地震地质稳定性评价，结合本桥是特大型桥梁，为重要的生命线工程，按《中华人民共和国防震减灾法》第十七条规定，本工程必须进行地震安全性评价。该项工作已由重庆市地震局完成 （见参考依据1.3）。 连续钢桁拱桥的地震响应一般采用反应谱法和时程分析法相互校核，但由于目前未得到本桥场地的地震加速度时程，因而时程分析法无法进行。桥梁结构地震响应采用反应谱理论进行，反应谱拟采用安评报告P115中的形式。 对于本桥，上式中的各参数见安评报告P117的表6-4（见下表）。 工程场地水平向设计地震动峰值加速度及反应谱参数 场址 超越概率值 T1 （sec） T2 （sec） PAG （gal） （水平向） 王家沱大桥 （朝天门 大桥） 50年10% 0.10 0.30 0.9 2.25 84.8 0.19 100年10% 0.10 0.30 0.9 2.25 118.1 0.27 100年5% 0.10 0.30 0.9 2.25 121.8 0.28 100年2% 0.10 0.30 0.9 2.25 124.2 0.29 由于本桥为特大桥，为生命线工程，因此，大桥的设计基准期应取为100年，按照抗震设防原则“小震不坏，中震可修，大震不倒”，小震应取100年超越概率63%的概率水平下的地震动参数，中、大震则分别取100年超越概率10%和100年超越概率2%～3%的概率水平下的地震动参数，根据参考依据1.3，本桥抗震计算取：（1）中震（100Y10%的概率水平）下的地震动参数（PGA=118.1gal，Kh =0.12）检算结构物的的强度；（2）大震（100Y2%的概率水平）下的地震动参数（PGA=124.2gal，Kh =0.127）检算结构物的变形。 3．结构动力特性分析 3.1 计算图式 钢桁拱桥模型严格按结构设计图纸对上下弦杆、腹杆、拱肋、拱肋上下平联、纵横梁、拱肋横联、桥门架等构件进行模拟，所有构件均采用空间梁单元，对于上下层桥面板，将其刚度与质量等效分配到纵横梁上，上下层桥面每节间由两道直腹杆相连接形成框架，在下桥面处，由系杆平衡钢桁拱的水平推力。成桥状态计算图式见图1（a）、图1（b）。 图1（a） 主桥结构计算图式的立面图 图1 (b) 主桥结构计算模型的空间图式（45○斜平面） 3.2 边界条件 本桥成桥状态结构各部位边界条件如下（见表1） 表1 主桥推荐方案成桥状态结构各部位边界条件 结构部位 △x △y △z θx θy θz N1、N4边墩 在承台顶处 1 1 1 1 1 1 与桁梁交接处 0 1 1 1 0 1 N2主墩 在承台顶处 1 1 1 1 1 1 与桁梁交接处 0 1 1 1 0 1 N3主墩 在承台顶处 1 1 1 1 1 1 与桁梁交接处 1 1 1 1 0 1 表2 主桥比较方案成桥状态结构各部位边界条件 结构部位 △x △y △z θx θy θz N1、N4边墩 在承台顶处 1 1 1 1 1 1 与桁梁交接处 0 1 1 1 0 1 N2主墩 在承台顶处 1 1 1 1 1 1 与桁梁交接处 1 1 1 1 1 1 N3主墩 在承台顶处 1 1 1 1 1 1 与桁梁交接处 1 1 1 1 1 1 说明：表中，△x、△y、△z分