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大跨径悬索桥桥塔横梁横桥向抗震性能与耗能能力分析——基于MIDAS Civil的精细化建模与单塔简化模型研究

1 引言

主跨1600 m量级的大跨径悬索桥通常位于交通枢纽位置，桥塔作为全桥的核心支撑构件，其抗震安全性直接关系到整座桥梁在地震作用下的功能维持能力。在横桥向地震作用下，悬索桥桥塔承受显著的横向惯性力，而桥塔横梁作为连接两侧塔柱的关键传力构件，其抗震性能往往是控制桥塔横向破坏模式的决定性因素。研究表明，大跨度悬索桥横桥向地震反应非常显著，尤其是边塔，因此应重视结构的横桥向抗震设计。桥塔横梁在地震作用下不仅承担两侧塔柱的相对横向变形协调功能，还通过自身的塑性变形耗散地震能量，其数量、位置和截面形式直接影响桥塔体系的抗震性能。

本文以主跨1600 m的双塔三跨悬索桥为工程背景，在MIDAS Civil中建立全桥有限元模型，桥塔横梁采用纤维单元模拟，横梁单元赋予非弹性铰（塑性铰）特性，研究不同横梁数量（3根、4根、5根）方案在横桥向+竖向地震作用下的抗震响应与耗能能力，确定最优横梁数量方案。在此基础上，删除桥墩、主缆、吊杆和主梁，形成单塔模型，通过恒载轴力等效与动力特性对比，验证单塔模型替代全桥模型进行横向地震破坏试验研究的可行性。

2 工程背景与有限元建模

2.1 桥梁概况

本桥为双塔三跨悬索桥，主跨1600 m，两侧边跨各400 m。桥塔为门式钢筋混凝土框架塔，塔高约220 m，塔柱采用变截面矩形空心截面。加劲梁为钢箱梁，主缆采用预制平行钢丝索股，吊杆采用钢丝绳。桥址区抗震设防烈度为VIII度，