在地震反应分析中,必须谨慎考虑非线性问题。大跨度桥梁的非线性因素主要有几何非线性、桥墩弹塑性和支承连接 条件的非线性。
几何非线性
大跨度桥梁的几何非线性主要来自三个方面:
(斜拉桥、悬索桥)缆索垂度效应,一般用等效弹性模量模拟;
梁柱效应,即梁柱单元轴向变形和弯曲变形的耦合作用,一般引入几何刚度矩阵来模拟,只考虑轴力对弯曲刚度的影 响;
參大位移引起的几何形状变化。考虑大位移对刚度影响的最有效方法是拖动座标法,即将局部座标“捆”在单元上, 随单元的运动而运动。实际上,大跨度桥梁由于地震引起的位移并不大,即使是主跨1385m的江阴长江公路大桥,由于 地震引起的位移相对干跨径来说也很小,因而可以忽略大位移引起的几何非线性。
一般来说,对于大跨度桥梁,应以恒载下的非线性静力分析为基础,在恒载变形状态下(此时结构已具有较大的刚度) 进行地震反应分析。在地震反应分析中,可对几何非线性进行近似考虑,即只考虑(斜拉桥、悬索桥)缆索的弹性模量 修正和恒载作用下的几何刚度。
桥墩的弹塑性
对于预期的强地震,在桥梁抗震设计中,容许并且希望在桥墩中出现塑性变形,利用结构的延性抵抗地震D目前,国内 绝大部分桥梁采用的是钢筋混凝土桥墩。因此,要实现这一抗震思想,就要在地震反应分析中合理、正确地模拟钢筋 混凝土敏柱的弹塑性性能。
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在地震作用下,一个空间的钢筋混凝土墩柱所受到的截面内力为:轴力P,剪力扭矩弯矩其中,剪力和扭矩所对应的塑 性变形通常导致脆性破坏,必须避免。另一方面,考虑剪切和扭转影响的弹塑性分析非常复杂,目前还相当不成熟。 因此,一般的做法是,通过保守设计提供足够的剪切和扭转强度以确保不发生脆性破坏,而在弹塑性反应分析中,仅 考虑轴力和弯矩的耦合作用。