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抗震减震仿真

五跨简支梁桥有限元模型

【发表时间:2018/6/13】 【阅读次数:474】

胡瑶 高霞


模型建立过程:

1 五跨简支梁桥二维模型

1 桥墩

本文桥墩采用文献[1]中的8m和16m原型桥墩,根据实验所得的滞回曲线拟合得到桥墩顺桥向的本构。

2 盆式橡胶支座

活动支座采用理想弹塑性本构,考虑摩擦的作用,摩擦系数取为0.05,起滑位移为3mm,采用摩擦单元模拟,滑动支座力-位移曲线如图2所示。


2 滑动支座纵向力-位移曲线

3 箱梁

为简化模型,梁全长均采用设计图纸中的跨中截面进行模拟。由于梁体截面较大,相比于桥梁其他部分具有更大的刚度,在实际的地震动作用下基本保持弹性状态,因此采用线弹性梁单元对梁体进行模拟。

4 轨道结构

桥梁地段的CRTSII型板式无砟轨道结构主要由以下几个部分组成:钢轨、扣件、预制轨道板、CA砂浆层、混凝土底座板、“两布一膜”滑动层、剪力齿槽、高强度挤塑板、台后锚固系统等。

1)高速铁路一般采用60轨,工字形断面,屈服强度为457MPa,采用弹性梁柱单元进行模拟。

2)CRTS型板式无砟轨道使用的扣件主要有WJ-7或WJ-8型常阻力扣件,本文采用WJ-8型扣件,顺桥向为理想弹塑性模型,根据铁四院对WJ-8型扣件的测试,无载情况下,扣件的纵向极限阻力为15kN/组/轨,弹塑性临界点为2mm。

3)轨道板和底座板在顺桥向均为连续的钢筋混凝土结构,在地震作用下二者自身通常不会发生破坏,因此采用线弹性梁柱单元进行模拟。

4)为了适应梁端的转角,在两孔梁之间的梁缝(包括桥台与路基之间的梁缝)两侧设置轨道板剪切钢筋将轨道板与下部的底座板连成一个整体,根据前人实验,采用双折线本构模拟。

5)CA砂浆层铺设在底座板与轨道板之间,其具有支撑上部轨道板、调整轨道板高度、缓冲列车动力荷载和减震隔震等作用,根据博格公司现场试验数据可得:一块长为6.5m的轨道板的砂浆层的极限纵向阻力为410kN,屈服位移为0.5mm,其力学模型如图3所示。


3 CA砂浆层力学模型


6)在每孔箱梁固定支座的上方,底座板与梁体间通过剪力齿槽进行连接,剪力齿槽的竖向拉压刚度通过计算取为22957.2kN/mm。

7)滑动层为典型的摩擦单元,一般情况下,滑动摩擦力的大小在0.2和0.3之间,此处取0.3,滑动层的起滑位移取为0.5mm,其力-位移曲线如图4所示。


4 滑动层力学模型


模型计算:输入近断层地震波峰值加速度为0.2g,地震波输入如图5所示:


5 地震波加速度时程

参考文献:

蒋丽忠,邵光强,姜静静,王辉.高速铁路圆端形实体桥墩抗震性能试验研究[J]. 土木工程学报,2013,(03):86-95.

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