第35卷第3期2005年5月东南大学学报(自然科学版)JOURNALOFSOUTHEASTUNIVERSITY(NaturalScienceEdition)Vol35No3May2005土桩结构相互作用对大跨度CFST拱桥地震反应的影响王浩杨玉冬李爱群乔建东陈政清(1东南大学土木工程学院,南京210096)(2江苏省长江公路大桥建设指挥部,镇江212002)(3中南大学土木建筑学院,长沙410075)12133摘要:以湖南益阳茅草街大桥为研究对象,采用J.Penzien质量弹簧体系模拟桩基础与地基,基于ANSYS软件建立了该桥大跨度中承式钢管混凝土(CFST)系杆拱桥的三维有限元模型.以此为基础对茅草街大桥的地震反应进行了空间非线性时程分析,研究了不同地震动输入下土桩结构相互作用对该桥地震响应的影响.研究结果表明,CFST拱桥地震反应的影响易受地震动输入方式等因素的影响,非常复杂,但是当基础刚度得到保证后,采用拱脚固结模式进行抗震分析是可行的.关键词:土桩;地震反应;钢管混凝土;拱桥:U442文献标识码:A:1001-0505(2005)03043305InfluencesofsoilpilestructureinteractiononseismicresponseoflongspanCFSTarchbridgeWangHao1YangYudong2LiAiqun1Qiao激andong3ChenZhengqing3(1CollegeofCivilEngineering,SoutheastUniversity,Nan激ng210096,China)2(ConstructionCommandingDepartmen,t激angsuProvincialYangtzeRiverHighwayBridge,Zhen激ang212002,China)(3SchoolofCivilandArchitecturalEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410075,China)Abstract:TheMaocao激eBridgeistakenasanexample,whichisaconcretefilledsteeltube(CFST)archbridgewithamainspanof368m.BasedonthesoftwareANSYS,aspatialfiniteelementmodelforthebridgeisestablishedandthesoilpilestructureinteractionissimulatedusingmodifiedJ.Penzienmode.lThena3dimensionalnonlineartimehistoryanalysisforthebridgeisinvestigated.Effectsofsoilpilestructureinteractionontheseismicresponseofthebridgeareparticularlystudiedundervariousearthquakesimulations.Resultsshowthateffectsofsoilpilestructureinteractionarecloselyrelatedtothewayofearthquakesimulations.Thearchfootfixedmodelcanbeusedinseismicresistantanalysisonconditionthattherigidityofthepilefoundationisensured.Keywords:soilpilestructureinteraction;seismicresponse;concretefilledsteeltube;archbridge已有成果表明,土结构相互作用使体系的动力特性和地震反应与刚性基础上的结构不同,主要表现为自振周期延长、阻尼增加、内力及位移反应改变等.对于建立在桩基上的结构,在对其进行抗震设计时,有必要将土的体系作为一个整体来研究,并且考虑其相互作用的影响.目前考虑土收稿日期:20041015.基金项目:国家自然科学基金资助项目(50378017).作者简介:王浩(1980),男,博士生;李爱群(联系人),男,博士,教授,博士生导师,aiqunli@public1.pt.tjs.[1~4]理论分析方法主要包括有限元法、边界元法以及集[5~7]中质量模型等.其中集中质量模型建模简便,计算工作量小,因而在土木工程抗震分析与设计中得到了较广泛的应用.近年来,大跨度钢管混凝土(concretefilledsteeltube,CFST)拱桥因其在经济上、结构上和建筑造型等方面的独特优点,越来越受到广大桥梁工作者的青睐.随着桥梁垮度的不断加大,其抗震性能就显得尤为突出,甚至成为结构设计中的主要控制因素.目前,已有一些学者对该类型桥梁的地震响应进行了研究[8],但其中考虑土桩结构相互434东南大学学报(自然科学版)第35卷作用对其影响的研究并不多见.本文以同类型桥梁中跨度排名世界第3的钢管混凝土拱桥湖南益阳南县茅草街大桥为例,分别建立了该桥大跨度中承式CFST系杆拱桥的2种空间有限元计算模型:拱脚固结模式和考虑土桩结构相互作用模式,其中土桩J.Penzien集中质量模型.分别对2种模型的自振特性、地震反应进行分析和比较,进而研究了不同地震动输入下土影响,旨在为同类型桥梁的抗震设计提供参考.撑式CFST系杆拱桥,桥面设4车道,全桥拱肋内侧距离为160m,拱肋中到中宽度为193m.主拱轴线采用悬链线,计算跨径356m,矢跨比15,∃拱轴系数为m=1543,计算矢高712m.边拱采用混凝土箱型拱肋,拱轴...