□龐 輝 馮光澤

一、引言

拱結(jié)構(gòu)具有歷史悠久，造型優(yōu)美細(xì)膩、抗壓能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在橋梁、房屋建筑、隧道工程中得到了廣泛的應(yīng)用。拱橋的承載、跨越能力超于梁式橋，廣泛應(yīng)用在我國(guó)西南地區(qū)，同時(shí)在西南地區(qū)發(fā)生地震的可能性很小。因此，拱橋抗震的研究理念仍然停留在線彈性范圍內(nèi)。1995年，在日本發(fā)生神戶地震后，學(xué)者們漸漸意識(shí)到了線彈性范圍內(nèi)對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震研究已不能滿足抗震性能的要求了。因此學(xué)者們?cè)谡鸷鬄?zāi)害以及研究延性設(shè)計(jì)方法上，對(duì)日本橋梁抗震規(guī)范進(jìn)行了修改，提出了水準(zhǔn)一(在多遇地震的情況下)及水準(zhǔn)二(在罕遇地震的情況下)。

在動(dòng)力性能分析中，最權(quán)威和最嚴(yán)格的分析方法是動(dòng)力時(shí)程分析法，雖然它具有耗時(shí)性，效率低等特點(diǎn)，但是依然被廣大學(xué)者所青睞。

二、分析方法

結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析方法主要分以下3 個(gè)階段:分別是早期簡(jiǎn)化的靜力法;隨著科學(xué)的進(jìn)步，發(fā)展了反應(yīng)譜理論和Push-over 理論;最后采用動(dòng)力時(shí)程分析法，而動(dòng)力時(shí)程分析方法在抗震設(shè)計(jì)研究中得到了廣泛應(yīng)用。

時(shí)程分析法是給出某一時(shí)刻的地震加速度時(shí)程，則可以得到在該時(shí)刻的結(jié)構(gòu)反應(yīng)，算法明確并且精準(zhǔn);時(shí)程分析法被引入到大跨度橋梁的分析當(dāng)中，時(shí)程分析法廣泛應(yīng)用在抗震性能的研究與設(shè)計(jì)中，其不但可以解決線性問(wèn)題，還可以解決非線性問(wèn)題。因此在復(fù)雜的大跨度橋梁計(jì)算地震反應(yīng)中得到了研究者的青睞。

三、動(dòng)力時(shí)程法的彈塑性研究

拱橋由鋼縱梁、橋墩及拱肋、橋面板組成。拱橋總長(zhǎng)是173m，拱矢高是16．87m，拱長(zhǎng)是114m，拱橋的矢跨比為1:6．76。其中橋面板是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，截面形式是矩形截面，它的寬度是8．2m，而其厚度為0．22m。鋼縱梁的截面形式是工字形梁。橋墩采取的是箱形截面。拱肋是由箱型截面、橫隔板、橫向支撐以及對(duì)角支撐組成。

圖1

(一)順橋方向的激勵(lì)。圖1 表明了在順橋方向的激勵(lì)下，跨中位置縱梁的水平位移及1/4 處縱梁的豎向位移。從圖中可以看出，在跨中位置的水平位移中，最大位移是0．1m，在1/4 跨處的豎向最大位移是0．4m，也就是說(shuō)其余的無(wú)論是水平的還是豎向的位移在順橋的激勵(lì)下都非常小。圖4 表明在順橋方向的激勵(lì)下，橋墩和拱肋的軸力情況，對(duì)于橋墩處的彎曲軸力是12，990KN，而拱肋處的彎曲軸力是33，730KN。

圖2 軸力N/Ny

如圖2 橋墩和拱肋在順橋激勵(lì)下的軸力情況，當(dāng)受到地震影響時(shí)，橋墩和拱肋所達(dá)到的軸力值分別為0．2Ny、0．3Ny。也就是說(shuō)，在順橋方向的激勵(lì)下，軸力的影響不是很大。整橋在順橋激勵(lì)下，應(yīng)變超過(guò)屈服應(yīng)變的位置。由此可以得出結(jié)論，在順橋方向激勵(lì)下，地震對(duì)順橋方向的影響非常小。

圖3

(二)橫橋方向的激勵(lì)。圖3 顯示了在橫向激勵(lì)下，跨中位置的橫向位移以及豎向位移，從圖中可以看到，其中橫向位移最大值為0．5m，而豎向位移的最大值是0．15m，其余的位移都非常小。

圖4 軸力N/Ny

圖4 表示了橋墩和拱肋的軸力情況，橋墩在4s 時(shí)，接近達(dá)到Ny，而這種趨勢(shì)一直持續(xù)到9s，而在拱肋中，4s 到10s 期間其軸力的情況均接近0．8Ny。-2．51(拱肋)體現(xiàn)了在橫橋方向激勵(lì)下，整橋超過(guò)屈服應(yīng)變的位置。很顯然在橫橋方向的激勵(lì)下，首先達(dá)到屈服的位置是拱腳附近處。

圖5 橋墩橋墩

如圖5 顯示了在橫橋激勵(lì)下，橋墩處的平均應(yīng)變與屈服應(yīng)變的比值情況和橫橋方向的應(yīng)力應(yīng)變情況。因此可以肯定，在橫橋方向的激勵(lì)下，地震對(duì)橫橋方向的影響非常大。

四、結(jié)語(yǔ)

以非線性時(shí)程分法的分析結(jié)果作為理論依據(jù)，分別對(duì)鋼拱橋的順橋、橫橋方向進(jìn)行激勵(lì)，總結(jié)如下:通過(guò)動(dòng)力時(shí)程分析可知，橫橋方向受到的地震影響大于順橋方向的影響。

［1］日本道橋示方書，1996

［2］日本道橋示方書，2002