雙薄壁墩連續(xù)剛構(gòu)橋墩身高度及厚度對(duì)地震響應(yīng)的影響分析

蘇志明

摘要：本文以雙薄壁墩連續(xù)剛構(gòu)橋（富陽(yáng)大橋）為工程背景，采用有限元分析軟件Midas Civil，對(duì)雙薄壁墩連續(xù)剛構(gòu)橋的橋墩墩身高度及厚度對(duì)地震響應(yīng)的影響進(jìn)行了計(jì)算；并將分析、驗(yàn)算的結(jié)果與規(guī)范的要求進(jìn)行對(duì)比，從而判斷其在現(xiàn)行的荷載作用下是否足夠安全，為此類(lèi)橋梁的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋；動(dòng)力性能；自振特性；地震響應(yīng)

1橋梁概況

富陽(yáng)大橋全橋長(zhǎng)為359.35m，主橋?yàn)?6m+110m+66m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁橋，橋梁下部結(jié)構(gòu)采用板式矩形雙薄壁墩、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，主橋總體布置如圖1。

2空間有限元建模

在模型計(jì)算中考慮的施工荷載有自重、掛籃荷載、結(jié)構(gòu)濕重和預(yù)應(yīng)力荷載。其中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)密度25kN/m3，二期恒載包括瀝青混凝土橋面鋪裝、防撞護(hù)欄、欄桿等產(chǎn)生的荷載，共74kN/m。

本橋采用有限元計(jì)算軟件Midas/Civil建模對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。全橋共140個(gè)節(jié)點(diǎn)，129個(gè)梁元。本橋?yàn)橹本€橋，位于不對(duì)稱豎曲線上，縱坡為1.087%和-3.000%，豎曲線頂點(diǎn)位于中跨跨中，計(jì)算中考慮了豎曲線的影響。

考慮土體對(duì)樁基的作用：土體用彈簧模擬，忽略阻尼和剛度特性的影響，其中彈簧剛度依據(jù)m法取值。橋梁墩底固結(jié)，邊墩設(shè)置為滑動(dòng)支座，釋放Dx，Ry方向約束。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2。

3自振特性分析

本文采用子空間迭代法求出該橋前20階自振頻率和振型，限于篇幅，表1中僅列出了前10階頻率與振型。

該橋跨度大，因此設(shè)計(jì)了較高的主梁墩頂截面以降低跨中截面彎矩，因此豎向抗彎剛度大于橫向抗彎剛度，橫向彎曲振動(dòng)先于豎向彎曲振動(dòng)出現(xiàn)。

4橋墩高度對(duì)地震響應(yīng)的影響

4.1順橋向地震響應(yīng)分析

順橋向激勵(lì)下，關(guān)鍵截面的內(nèi)力及位移峰值隨橋墩高度的變化。

通過(guò)上圖可以發(fā)現(xiàn)，在順橋向地震動(dòng)作用下，隨著墩高增大，主梁墩頂位移及墩底彎矩有不同程度的增大，變化幅度分別為29%和20%；主梁跨中彎矩、主梁根部彎矩、主梁墩頂剪力和墩底剪力均有較大幅度的減小，分別為82%、94%、55%和87%?？梢?jiàn)墩高的改變對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋的地震響應(yīng)有較為顯著影響。

4.2橫橋向地震響應(yīng)分析

橫橋向激勵(lì)下，關(guān)鍵截面的內(nèi)力及位移峰值隨橋梁墩高變化。

在橫橋向地震動(dòng)作用下，隨著橋墩高度的增大，主梁墩頂位移，主梁跨中彎矩、主梁墩頂剪力和墩底彎矩呈增大趨勢(shì)，增大幅度分別為27%、1.6%、7.8%和4.8%；主梁根部彎矩及墩底剪力呈減小趨勢(shì)，減小幅度為1.5%和50%。總體而言，橫橋向激勵(lì)下，橋墩高度增大對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋的地震響應(yīng)的影響較大。

5 墩身厚度對(duì)地震響應(yīng)的影響

5.1順橋向地震響應(yīng)分析

順橋向激勵(lì)下，關(guān)鍵截面的內(nèi)力及位移峰值隨墩身厚度的變化。

通過(guò)上圖可以發(fā)現(xiàn)，在順橋向地震動(dòng)作用下，隨著墩身厚度的增大，主梁墩頂位移變化較小，主梁跨中彎矩、主梁根部彎矩、主梁墩頂剪力、墩底彎矩及墩底剪力均呈增大趨勢(shì)，增大幅度分別為27.2%、65.8%、30.7%、14.1%和21.3%?？傮w而言，順橋向激勵(lì)下，墩身厚度增大對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋地震響的影響較大。

5.2橫橋向地震響應(yīng)分析

橫橋向激勵(lì)下，關(guān)鍵截面的內(nèi)力及位移峰值隨墩身厚度的變化。

在橫橋向地震動(dòng)作用下，隨著墩身厚度的增大，主梁墩頂位移增大；主梁跨中彎矩、主梁根部彎矩、主梁墩頂剪力、墩底彎矩及墩底剪力均有不同程度的增大，但增幅均較小，分別為1.9%，2.4%、8.1%、3.2%和0.7%，可見(jiàn)主梁墩身厚度的改變對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋的地震響應(yīng)影響較小。

6 結(jié)束語(yǔ)

選用子空間迭代法計(jì)算模型前20階振型的頻率，分析了橋梁的自振特性，并依此為基礎(chǔ)應(yīng)用時(shí)程分析法研究了橋梁的地震響應(yīng)，研究表明：選取墩頂位移，主梁跨中彎矩、主梁根部彎矩、主梁墩頂剪力、墩底彎矩及墩底剪力作為對(duì)象，研究在不同方向地震動(dòng)輸入情況下各截面的地震響應(yīng)。

在順橋向地震動(dòng)作用下，主梁高跨比和墩身厚度的改變對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋各關(guān)鍵截面的位移和內(nèi)力響應(yīng)影響較大，橋墩高度及雙肢間距的改變所產(chǎn)生的影響則較小。

在橫橋向地震動(dòng)作用下，橋墩高度的改變對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋各關(guān)鍵截面的位移和內(nèi)力響應(yīng)影響較大，橋墩厚度、主梁高跨比及雙肢間距的改變所產(chǎn)生的影響則較小。

7參考文獻(xiàn)

[1]范立礎(chǔ). 橋梁工程（第二版）[M]. 北京： 人民交通出版社. 1986.

[2] 陳寶春. 橋梁工程[M]. 北京： 人民交通出版社. 2009.