[发明专利]斜拉桥桥塔地震响应的计算方法

说明书

本发明涉及地震响应计算领域，本发明公开了一种斜拉桥桥塔地震响应的计算方法，包括以下步骤：建立斜拉桥的包括7个自由度的力学模型；根据当k_ij所在第j列对应的节点位移分量等于1，其余节点位移分量均为零时，其所在第i行对应的节点外力分量值,得到总刚度矩阵K₀；根据力学模型中，得到与总刚度矩阵K₀对应的结构质量矩阵M₀；根据公式|K₀‑ω²M₀|＝0，得到振动角频率ω，再根据公式得到振型向量根据振动角频率和振型向量，简化塔底剪力的表达式得到塔梁质量比和塔梁线刚度比与塔底剪力的关系。本发明能有效地解决采用有限元仿真试算方法计算斜拉桥桥塔地震响应巨大的工作量，计算处理耗时长的问题。

技术领域

本发明涉及地震响应计算领域，具体涉及斜拉桥桥塔地震响应的计算方法。

背景技术

在高烈度区设计塔-梁固结体系的斜拉桥时，因结构刚度较大导致其结构地震响应较大，抗震安全性问题是桥型方案能否成立的决定性因素，故抗震设计是桥梁结构设计的首要环节。其中，桥塔是斜拉桥最重要的受力构件，因其自身属于高耸结构，是全桥抗震的重中之重，若能快速桥塔的结构地震响应，对工程设计的实用价值是不言而喻的。

现在通常采用有限元仿真试算方法来解决这一问题，由于计算效率低的问题较为突出，故该法不具备工程实用价值。计算者首先需要对“塔梁质量比”和“塔梁线刚度比”给定不同的参数，然后建立有限元模型进行数据计算，最后通过数据拟合分析得到近似规律。整个过程需要设计人员不断地与有限元软件进行数据交互，计算异常繁琐且容易出现错误。这种依靠经验的试算方法有着巨大的工作量，计算处理耗时长，导致工程师无法承受复杂的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种斜拉桥桥塔地震响应的计算方法，能有效地解决采用有限元仿真试算方法计算斜拉桥桥塔地震响应巨大的工作量，计算处理耗时长的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种斜拉桥桥塔地震响应参数的计算方法，包括以下步骤：

建立斜拉桥的包括7个自由度的力学模型；

根据设计参数主梁顶部到塔柱底部的距离H，斜拉桥的主跨长度L，主梁的弯曲线刚度i_b，塔柱的弯曲线刚度i_c，得到与7个自由度的力学模型对应的7阶总刚度矩阵K₀，其中矩阵K₀中的元素K_ij表示当k_ij所在第j列对应的节点位移分量等于1，其余节点位移分量均为零时，其所在第i行对应的节点外力分量值；

根据力学模型中的中跨主梁总质量的一半m_b、边跨主梁与对应塔柱的质量之和m_c，得到与总刚度矩阵K₀对应的结构质量矩阵M₀；

根据公式|K₀-ω²M₀|＝0，得到振动角频率ω，再根据公式得到振型向量

根据ω以及得到斜拉桥塔底剪力F的表达式，定义塔梁质量比为塔梁线刚度比为简化F的表达式得到ξ、η与F的数学关系。

在上述技术方案的基础上，建立斜拉桥的包括7个自由度的力学模型，具体包括以下步骤：

利用边跨主梁、中跨主梁、上塔柱和下塔柱的重量，建立斜拉桥的门式框架模型；

将门式框架模型等效为正对称模型和反对称模型，利用产生地震力的反对称模型建立力学模型；