墩高對高墩大跨連續(xù)鋼構(gòu)橋的抗震性能影響分析

馬光超 馬靜

【摘 要】本文以跨徑布置為（104.5+190+104.5）m直線連續(xù)鋼構(gòu)橋為研究背景，利用midas Civil有限元分析軟件建立橋梁模型，本文僅以E1地震作用下的結(jié)果來分析墩高對橋梁抗震性能的影響，分析不同墩高下橋梁抗震性能的差異，為同類橋梁的抗震設(shè)計提供參考。

【關(guān)鍵詞】抗震性能；鋼構(gòu)橋；墩高；E 1地震作用

【中圖分類號】U448.23【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0-01

1 概況

高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋在遭受地震災害后，上部結(jié)構(gòu)本身因地震而破壞的情形比較少見，往往是其他部位的破壞而導致上部結(jié)構(gòu)的破壞。主要的震害部位是墩頂?shù)亩樟航Y(jié)合處和墩底，而下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的嚴重破壞則是引起橋梁倒塌并在震后難以修復的主要原因。某高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋跨徑布置為（104.5+190+104.5）m，主梁為預應(yīng)力混凝土箱梁，下部結(jié)構(gòu)橋臺采用單柱式橋臺、橋墩采用薄壁雙墩，研究墩高為60m、80m、100m和120m四種情況下，橋梁抗震性能的差異。

2 計算模型

大橋抗震分析采用三維有限單元法，計算采用midas Civil有限元程序。有限元計算模型均以順橋向為X軸，橫橋向為Y軸，豎向為Z軸。選取連續(xù)剛構(gòu)主橋作為研究對象，忽略相鄰聯(lián)對主橋地震反應(yīng)的影響。主梁、橋墩均采用空間梁單元模擬，將橋面鋪裝及橫隔板以荷載形式加載于梁單元上，并將其轉(zhuǎn)換為質(zhì)量。主橋墩位置由于水流的長期沖刷作用，表面基本沒有土層，樁基完全在巖層中，屬于剛性基礎(chǔ)，因此墩底約束采用固結(jié)，不考慮樁-土-結(jié)構(gòu)相互作用和深水作用。

邊界條件：主墩與主梁“剛性連接111111”；橋臺支座間距取4.5m，按僅縱橋向活動“彈性連接”“一般”模擬，活動方向剛度取0，不動方向剛度取108kN/m。

本橋抗震參數(shù)選取如下：場地類別為I類，場地特征周期為0.4，抗震設(shè)防烈度為8度，地震動峰值加速度為0.3g，本文僅以E1地震作用下的結(jié)果為例進行說明墩高與墩截面內(nèi)力的關(guān)系。

全橋有限元模型如下：

3 墩高對橋梁抗震性能的影響

3.1 墩高對橋梁自振動特性影響分析

跨徑相同情況下墩高變化與周期的關(guān)系見表1：

由表1可知相同跨徑情況下結(jié)構(gòu)周期隨著墩高增加成線性增長趨勢。當墩高為100m時，結(jié)構(gòu)周期為7.15s，相對較大，結(jié)構(gòu)偏于柔性，當墩高達到120m時結(jié)構(gòu)周期為9.51s，周期值很大，表明結(jié)構(gòu)柔性太大，對于梁橋而言，當結(jié)構(gòu)周期超過10s時，該結(jié)構(gòu)已不適用于工程實際。

3.2 墩高與內(nèi)力關(guān)系

根據(jù)計算結(jié)果，結(jié)構(gòu)在恒載-E1地震作用組合下內(nèi)力值最大，所以本文僅以恒載-E1地震作用下的荷載工況為依據(jù)來說明相同跨徑下結(jié)構(gòu)的墩高與內(nèi)力的關(guān)系。

墩高由60m變化到120m時，橋墩墩底截面順橋向彎矩與墩高的關(guān)系如下表：

在相同跨徑情況下，隨著墩高增加，墩頂及墩底截面的順橋向及橫橋向彎矩均減小。由于隨著墩高的增加，結(jié)構(gòu)周期變大，柔性增加，傳至墩頂截面彎矩值隨之減小。

4 小結(jié)

相同跨徑下結(jié)構(gòu)自振周期隨著墩高的增加成線性增長趨勢，說明相同結(jié)構(gòu)尺寸下，隨著墩高的增加，結(jié)構(gòu)柔性變大；建議設(shè)計者在上部結(jié)構(gòu)尺寸不大的情況下，建議墩高值不宜過大；相同跨徑下隨著墩高增加，結(jié)構(gòu)的柔性增大，對于跨徑組合為（104.5+190+104.5）m的連續(xù)鋼構(gòu)橋而言，結(jié)構(gòu)的最大墩高建議不要超過120m。相同跨徑下隨著墩高增加，墩頂及墩底截面的彎矩值均減小，這是由于隨著墩高的增加，結(jié)構(gòu)柔性變大，傳至橋墩截面的彎矩值隨之減小。

參考文獻

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