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關鍵詞:輔助墩;鐵路懸索橋;地震響應;車橋耦合振動;動力響應
中圖分類號:U448.27文獻標志碼:A
0引言
懸索橋作為重要的大跨度橋梁結構類型,以其卓越的跨越能力、簡潔明確的受力特點被廣泛應用于公路橋梁領域[1]。但是懸索橋是柔性結構,其剛度較弱,在列車荷載、地震荷載等因素作用下容易產生較大位移,降低了列車運行的安全性,因此各國鐵路懸索橋的修建并不多見[23]。對于懸索橋,中國除了個別如香港青馬大橋等懸索橋中設置輔助墩外,在大多數懸索橋中輔助墩的運用較少。而對于設置輔助墩的懸索橋,其結構受力特性勢必發生改變,也會影響懸索橋的地震響應和列車的走行性。目前對輔助墩的相關研究主要集中在斜拉橋領域,針對輔助墩對大跨度鐵路懸索橋地震響應和車橋振動響應的影響開展研究非常必要,但是中國相關的研究比較有限。
本文中以主跨828 m的某大跨度單線鐵路懸索橋方案為工程背景,從橋梁的地震響應、車橋耦合振動2個方面,研究了有無輔助墩及輔助墩在不同位置對鐵路懸索橋性能的影響。
1橋梁結構地震響應分析
1.1工程概況
某單線鐵路懸索橋總體布置如圖1所示,橋梁主跨828 m,橋塔高195 m,采用混凝土門式橋塔,主纜垂度78.87 m。加勁梁為華倫式桁架,節間長度11.5 m,桁高13 m,下桁寬20 m,上桁寬30 m。輔助墩設置在兩邊跨距邊吊索1個節間的位置1處,輔助墩外邊跨側不懸吊吊索。橋塔和加勁梁下弦桿接觸處設置橫向和豎向限位支座,橋塔和加勁梁上弦桿接觸處設置橫向限位支座;主梁邊墩處設置橫向和豎向限位支座;在輔助墩墩頂處設置豎向支座。
根據該大橋設計要求,以重點檢驗中震時結構強度及大震時結構變形能力的原則,選取50年超越概率10%(E1概率)和100年超越概率3%(E2概率)2種概率水平的地表水平向設計地震動反應譜。根據金沙江大橋場地安全評價,得到E1,E2概率下的水平地震動參數,2種概率的水平加速度峰值分別為0.25g,0.47g(g為重力加速度),場地地震基本烈度為Ⅷ度。
本文中按E1,E2兩種概率水平合成人工模擬地表加速度時程,其方法是:以本工程場地的加速度反應譜和峰值為目標;用三角級數疊加法在計算機上合成加速度時程,使合成加速度時程的反應譜和峰值近似滿足目標譜,并與目標譜的擬合相對誤差小于5%,根據該方法可以確定E1,E2兩種概率下的地表加速度時程及加速度反應譜。
1.3橋梁結構反應譜分析
利用有限元軟件MIDAS/Civil建立模型,在結構動力特性分析的基礎上選取前240階振型進行疊加,結構阻尼比采用質量剛度因子法計算[45];豎向反應譜取水應譜的50%。分別對有輔助墩和不設置輔助墩在E1,E2兩種概率水平下進行以下2種工況的計算:工況1為縱向+豎向地震輸入;工況2為橫向+豎向地震輸入。
計算所用反應譜為上述確定的橋位處地表反應譜,計算過程為:按反應譜理論計算各質點地震力,并求解橋梁結構有限元方程;然后用完全二次振型組合方法(CQC方法)進行各振型結果組合,求得總響應[6]。
表1中給出了E2概率下各工況的重要截面計算結果。由表1可見:工況1中橋塔縱向位移在設置輔助墩后增加了近30%,2種工況下跨中的縱向位移對輔助墩不敏感,跨中豎向位移在設置輔助墩后略有減小;設置輔助墩后,邊跨跨中的豎向位移明顯減小,主梁的最大彎矩分別減小了86%和20%,橋塔底部彎矩分別增大了20%和2%。
圖2中給出了工況1下橋塔橫向彎矩、橋塔縱向位移及加勁梁的豎向位移。由圖2可見:設置輔助墩會增大塔身橫向彎矩和橋塔縱向位移,但是會明顯減小加勁梁的豎向位移,而加勁梁跨中豎向位
1.4橋梁結構時程分析
根據上述求得的對應E1,E2兩種概率水平地震動的地表加速度時程曲線,對該大橋于地震動作用下的動力微分方程在時域內直接積分求解即可進行時程反應分析,計算時考慮主纜對剛度的影響,考慮幾何非線性的影響,計算工況與第1.3節相同。
圖4中給出了工況1下塔底橫向彎矩、塔頂縱向位移、主跨跨中豎向位移的時程反應及塔身橫向的最大彎矩。由圖4可見,設置輔助墩后,塔底橫向彎矩和塔頂縱向位移的時程反應增大,主跨跨中豎向位移減小,塔身最大彎矩增大,結果與反應譜分析方法接近。這表明2種分析方法得到的結果能夠反映實際地震作用下的結構,輔助墩對減小懸索橋主梁地震反應有利,而對橋塔地震反應不利。
2.1分析方法
在進行分析時,將車橋系統分成車輛子系統和橋梁子系統,分別對這2個子系統求解橋梁及車輛的運動方程,通過分離迭代來滿足車輛、橋梁2個子系統間的幾何和力學的耦合關系[710]。
本研究采用的列車為CRH2型動力分散式車組,列車編組為2×(拖車+動車+動車+拖車),共8節,速度采用200 km?h-1[1112]。動力分析的空間步長為0.2 m,軌道的不平順情況采用美國6級譜進行模擬,采用自主研發的橋梁結構分析程序BANSYS對橋梁結構進行車橋耦合振動分析。
2.2橋梁響應
為分析輔助墩對大跨度鐵路懸索橋車橋耦合振動中橋梁響應的影響,分別分析了有輔助墩和不設置輔助墩時橋梁的響應,同時對輔助墩設置在不同位置時也進行了分析。以下結果中輔助墩1,2,3分別表示輔助墩設置在距邊吊索1個節間、2個節間、3個節間的位置(圖1)。表2中給出了不同輔助墩設置工況下橋梁主跨跨中在列車作用下的響應和出橋側梁端豎向轉角的結果。
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《土木工程學報》2015年征訂通知
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近幾日天氣清明,無浮塵相擾,于是深陷竹林而不能自拔。讀嵇康心生激憤,讀阮籍滿懷悲涼,讀到向子期心境才漸漸平和下來。在竹林七賢中,向秀(字子期)是最有親和力的一個人。向秀與嵇康、呂安交情很深,和山濤關系也不一般。嵇康愛好打鐵,向秀時常過去幫忙。嵇康執鉗,向秀鼓風,兩人欣然鍛造,旁若無人,真的是沉浸其中的。有時書讀累了,向秀還跑到呂安家幫著提水澆澆菜園子。疏籬矮扉,淺綠薄紅,那日子如清茗散淡而幽香。
向秀也比較低調。在后人的印象中,竹林七賢個個放浪形骸,桀驁不馴,嗜酒如命,其實亦不盡然,向秀就很文弱書生,而且不善喝酒。向秀之所以能成為名士,是因為他性高逸,好讀書,被褐懷玉,深得老莊精神。《晉書》就說向秀“清悟有遠識,少為山濤所知,雅好老莊之學。”當時《莊子》一書雖有流傳,但過去的舊注“莫能究其旨統”,于是向秀潛心注《莊子》,解釋玄理,自有思路,時人稱贊“發明奇趣,振起玄風”,對玄學的盛行起了重要的推動作用。后人在研究魏晉玄學乃至整個老莊的時候,也都非常重視向秀的思想。可惜向秀未注完就走了。晉惠帝時,郭象在向秀《莊子隱解》的基礎上補完《秋水》《至樂》注釋,又加發揮,成為今日所見的《莊子注》。
向秀是魏晉時期的重要詩人和哲學家,他的作品今多散佚,現存有《思舊賦并序》《難養生論》等。魏晉之際是中國歷史上思想最為活躍的時期,尤其是玄學之辯,成為時尚。向秀為人平和,為文卻很較真。他的《難養生論》就是針對嵇康《養生論》的質疑和就養生問題的辯論。繼而,嵇康又作《答難養生論》,為自己的養生觀加以辯護與引申。朋友之間的學術論爭都如此激烈,魏晉清議與清談風氣可見一斑。
向秀本來隱居不出,淡漠仕途,景元四年,嵇康被害后,他迫于司馬氏的威勢,不得不到洛陽應郡舉。途中,向秀“遂旋反而北徂”,特意到山陽(今河南修武一帶)嵇康故居憑吊,緬懷故友。時已日薄西山,寒風中,忽聞鄰人悲涼凄愴的笛聲,回想起昔日和好友嵇康游宴竹林的美好時光,不禁悲從心生,含淚寫下《思舊賦》。面對陋巷空廬,物是人非,向秀的心被深深刺痛了。懷古傷今,借歷史上李斯之死為嵇康抱冤鳴屈,不著痕跡地表達對司馬氏的憤懣。“聽鳴笛之慷慨兮”,聯想到嵇康臨刑從容地“顧日影而彈琴”,多少往事,一一浮現在眼前。透過淚眼,向秀仿佛看見嵇康正寬袍大袖地坐在云端,彈奏那曲千古絕唱《廣陵散》。《思舊賦》是一首抒情短賦,更是一曲泣血挽歌。向秀在思念故人時就注定了他將被一代又一代的人追思、懷念。
自由是無目的性,就像這只大鵬鳥,它為什么要不遠萬里地飛向南海?不是度假也不是尋仇,所以別的小蟲小鳥都嘲笑它。跟莊子處于同時代的屈原,他的詩也是上天入地、日月星辰的,可由于愛國主義和狹隘的民族主義,他的天地雖大,卻如鉆入牛角尖,強烈的目的性,會捆住自由的翅膀。
大鵬鳥飛行的力量激起三千里的波濤和直上九萬里的風,而它的起因只是三個字,“怒而飛”,所以說,沒有免費的午餐,也沒有唾手可得的自由,自由要靠人的力量去爭取。在比莊子早幾百年的古希臘神話里,有這樣的故事:日神阿波羅的兒子,借他父親的太陽車去周天遨游,可由于他是凡人,無法駕馭噴著烈火的天馬,結果一頭栽向大地,車毀日亡。天性自南的古希臘人認識到,通向自由的道路也是一條危機四伏的道路。
莊子其后六百年。他的學說終于被世人身體力行。并染上了鮮血。那是個人們一邊抓著虱子,一邊談著形而上哲學的年代。
嵇康是最早的實驗噪音音樂家和行為藝術家,他經常在樹下掄著大錘打鐵;嵇康是最初的無政府主義者,他輕蔑像蜘蛛一樣陰毒的司馬昭,結果被殺。
殺嵇康的理由之一是他破壞綱常;在西方,黑暗的中世紀即將拉開大幕,人們以上帝的名義燒死無數異教分子,中國也漸漸進人了大一統時代,“存天理,滅人欲”。自由的人變成了體制外的人、邊緣的人。但自由之光從來未曾泯滅。孔子說,己所不欲,勿施于人。耶穌說,你希望別人怎樣對你,你就要怎樣對待別人。
結論是,不能繞過“人”。無論是以上帝的,還是以天理的名義,繞過或者踐踏了具體的人,都是愚昧和野蠻的。
過了一千年,歐洲開始文藝復興,他們在古希臘、羅馬的文化中尋求前行的路標。人終于從上帝的陰影中被拉到了陽光下。而中國卻少有像嵇康那樣敢為自由而流血的人。老莊哲學成為了體制內失敗者的心靈收容所,隱士們心不在焉地釣著魚,等待著周文王的禮賢下士。但也偶有自由心靈的閃現,如北宋的柳永,“忍把浮名,換了淺斟低唱”,明朝的思想家李贄。才子徐文長,清朝的生活家李漁。進入18世紀,美國出現了一個梭羅,他隱居在瓦爾登湖,自己蓋房子,自己種糧食,他像我們中國的陶淵明,但比后者更有終極關懷。他先知一樣預言了現代文明所要面臨的困境,比如人們將禽獸不如地為了自己居住的房子勞其一生。人們將越來越遠離體力勞動,疏遠自然界。而中國的那只大鵬鳥,也飛到了1919年,它的兩只翅膀分別是科學和民主。一代人,豪情萬丈,一飛沖天。但它最終只是一只小小鳥,生活的壓力和生命的尊嚴壓著它超低空飛行了幾十年,然后,吧唧,落到了一個人身上,這個人就是王小波。
王小波有歐美的科學理性,又有中國大鵬鳥的輕盈不羈。他活在中國的體制外,但植根于本土,靠寫小說為生;他的精神赤條條來去無牽掛,沒有神圣宗教這個大靠山,沒有國學、新儒家的遮陽傘,他讓我們看到,一個人也可以只依賴藝術、理性、智慧和現世短暫的生命,來頂天立地地生活。可惜他的生命像自由一樣易碎。
自由的精神是不斷地懷疑,不斷地轉向,不在乎粉碎一切,寧愿一切來粉碎我,它屬于個人的心靈,不屬于外在的成敗,如魚飲水,冷暖自知。心靈的自由高于國王的寶座。
夢想可以讓人快樂,現實卻并不一定讓人幸福。現實可以讓夢想變得奢望,而夢想卻讓現實充滿希望。即使兩條平行線,搭個梯子,總有一點會有交集。
都說藝術來源于生活而高于生活,其實夢想何嘗不是來源于生活而高于生活呢?如果說,不是貧瘠的土地上餓殍滿地的聲,我們怎么會有了國富民強的夢想?如果說,不是朱門酒肉臭,路有凍死骨的的社會現實,我們怎么會有了人人平等的夢想?如果說,不是船堅炮利的英國軍隊敲碎清朝閉關鎖國的大門,我們怎么有了復興自強的夢想?沒有夢想的世界是空白的,只有夢想的世界是虛無的。所以孔子周游列國也未曾實現他的大同社會,中山先生一生奔波于革命,最后卻功敗垂成。他們的失敗不是因為他們沒有夢想,也不是因為他們沒有努力,而是,他們沉浸于自己的理想藍圖,忽視了社會的需要,所欲非所求,注定要失敗。
以現實為依托,再困難的夢想也可以實現,沒有現實為基石,再好的夢想也成了空想。
山濤,竹林七賢之一,曾因嵇康的《與山巨源絕交書》而名噪一時。二人本為至交,卻因夢想分歧走上了不同的路。古語有云:達則兼濟天下,窮則獨善其身。山濤志在此,所以才會毅然決然的離開世外桃源般的竹林,所以才會甘愿忍受世人的誤解。寧可絲竹亂耳,案牘累形。但朝堂上卻多了一位先天下之憂而憂,后天下之樂而樂的鐵骨忠臣。我們固然喜愛嵇康的不羈灑脫,為了夢想避世竹林,打鐵撫琴悠游自得,但孤立于世的人,只能讓自己清高,不能為渾濁的世道帶來一絲的清明。山濤璞玉渾金,雖出仕司馬氏,卻濯清蓮而不妖,遠比醉臥竹林博得一時清譽而有價值的多。
由此可見,有夢不難,難得是夢醒時分,我們可滿意自己的收獲。
有了夢想不是為了為難自己,而是讓自己用了生活的奔頭。心中所夢必是自己所喜愛的,總不可以讓它成為自己的負擔。羅紅,好利來蛋糕總裁,而他另一個身份——攝影家。兩種身份,卻包含著對同一個夢想的追求。年輕時的他就喜歡攝影,卻因為生活條件所迫而暫時割棄。但現實的阻攔并沒有讓他就此一蹶不振,而是將他心中美景潑灑在“蛋糕王國”中,甚至為此變賣了他的理光相機。時至今日,好利來蛋糕在全國豎立的口碑有目共睹,而羅紅也在他創業的第三年就帶上他的相機,奔赴山川美景。夢想不會因為現實而褪色。夢想極為珍貴,是因為他實現得困難,實現了又極為舒暢。我們不能因為夢想囿困于現實,能夠獨辟蹊徑才是大智慧。
“少壯不努力老大徒傷悲”,那是因為他們沒有夢想或者夢想不足以推動它們的前進,只能在縱情歡娛中麻痹自己。但是有夢無年界,年少有夢年少行,中年以后的夢更是醉人也更催人進步。只要肯腳踏實地的走好每一步,夢想無論大小,難易都可以實現的。
在我們的心中也有三間小屋。
第一間,盛放我們的苦難。南太平洋的小島幼龜,只有經老鷹不斷地啄食,在競爭中得以生存。而沒有絲毫苦難意識的龜群,終將成為雄鷹的腹中之食。沒有經過流水沖蝕的卵石,不會發出奪目的光彩;沒有經過風雨洗禮的樹木,不會在風雨中愈益蒼翠;沒有經過苦難洗禮的人類,不會在自然面前更加挺拔。
蘇軾一生顛沛流離,多次遭貶,但他的心中總是將苦難承載。“烏臺詩案”后被貶黃州的坡,依舊樂觀地迎接苦難,在給友人李常的信中寫“雖遭貶于此,遇事者有尊主澤民者,則為之錄”。這才是一代偉人文豪的處世之學,將苦難放在心底,微笑面對生活。
第二間,盛放我們的思想。接受錯誤信息的幼龜,沒有經過自己的思考,就爭先恐后地涌向海灘,等待他們的,將是滅頂之災。對于一個人來說,進過思考,再作出決定,才是智者。法國作家帕斯卡爾在他的《人是一根會思想的蘆葦》中說:“人是自然界最脆弱的一根蘆葦,但是,人是一根會思想的蘆葦”。
古有言:三思而后行,充分地思考,才有掃清行進之中的障礙,龐涓未經深思,輕信孫臏所設之計,才有了“龐涓死于此樹之下”的遺憾,可馬懿未經熟慮,輕信孔明空城之計,才有了擁有重兵而致大敗的千古遺恨。而正因為有了多次思考,敢于否定前人,才有了給阿基米德一個杠桿,他可以撬起整個地球的佳話,才有了給卡文迪許一桿巨稱,他可以稱出地球質量的傳奇。
第三間,盛放我們自己。即使是年幼的龜,也可以在危難時刻縮回去,重新審視世界,作為有成熟心智的人類,更應擺正自己的位置,即使有苦有難,也可以進過思考,找尋出路。堅信,我是自己的主宰,雖然失望,但不絕望。
晉朝時代黑暗,朝廷腐敗,都自有“竹林七賢”在一片亂世之中吟唱自己的生命價值觀。于是有了嵇康的竹林打鐵,廣陵絕唱,有了阮籍的“時無英雄遂使豎子成名”的高呼,有了劉伶抱桿欄而舞,把盞而歌的吟唱。
這精神的三間小屋,需要能夠承受苦難的心靈作柱,能夠遇事三思的大腦作梁,最后以自己為墻,建成窗明幾凈,陽光四溢的三所小屋!