某连续梁桥地震反应谱分析

王 强

(天津铁道职业技术学院建筑工程系，天津 300240)

0 引言

本文以某连续梁桥为研究对象，通过Midas Civil有限元软件建立三维空间计算模型，对某预应力混凝土连续梁桥进行了桥梁地震反应谱特性分析，从中得出一些有益的结论。

1 工程实例模型概况

某桥为一联十二跨的预应力混凝土连续梁，桥址区地质表层主要为粉土，砂土，深层主要为泥岩和砂岩。梁的底面为曲线变化，线性为1．6次抛物线，桥梁的结构为48 m+10×80 m+48 m，共13个桥墩，中间7号桥墩为本桥的制动墩，本桥部分立面图如图1所示，箱梁截面变化图如图2所示。

图1 部分立面示意图

图2 箱梁横断面（单位：cm）

2 桩—土结构相互作用分析方法和结构模型建立

本文采用“m法”模拟桩土相互作用，此法是一种常用的模拟桩基静力的方法，在设计单位经常采用，在建模时，依据本桥结构的特点，采用三维梁单元离散桥梁的主题结构，包括桥墩、主梁、桩基和承台等，用土弹簧模拟桩—土的相互作用。在模型当中，结构二期恒载，等重量转化为等效线质量施加在模型上。土的比例系数m按铁路工程抗震设计规范［6］取值，土层风化的泥岩和砂岩的比例系数可以按坚硬土来取值，取m=50 000 kN/m4。模型的边界条件桩土作用用节点弹性支撑来模拟，支座用主从节点来模拟，单向活动支座具有竖向转动和单一滑移性能;固定支座仅具有竖向转动性能。本文采用两种模型来进行模拟，不考虑桩土相互作用的模型A，将墩第固结，如图3所示，另一种采用需要考虑桩土之间的作用力模型，建立模型B，如图4所示。

3 反应谱的选择

据本桥桥址区地址场地类型可得出桥址处的设计反应谱曲线如图5所示。

图3 模型A

图4 模型B

图5 设计反应谱

4 反应谱分析结果

为简化计算，进行模拟地震力时，只模拟地震力水平两个方向的组合，不模拟地震的竖向作用力，分别对两种模型地震反应进行模拟，见表1。

表1 反应谱分析模型和输入地震力模式

表2 墩顶位移差值 mm

为了确保计算的精准度，采用平方和开方法的反应谱进行组合，取振型的前300阶进行叠加，水平两个方向的振型参与因子的和均达到90%以上，表2～表6为各墩墩顶位移差值，跨中位移差值，支座剪力计算结果和墩底内力计算结果。

表3 各跨跨中位移差值 mm

表4 支座内力计算结果 kN

表5 模型A各墩墩底内力

5 结语

1)从表2，表3计算结果可以分析出来:对于桥墩的墩顶位移，无论是DX向还是DY向，模型A的位移都要比模型B的要小，原因在于模型A在墩底直接添加约束边界条件，而模型B考虑了桩土之间的作用力，且桩周围的土在地震水平荷载条件下也要发生变形，从而引起墩顶位移的加大;

表6 模型B各墩墩底内力

2)由表中数据可以看出:位于最中间的桥墩制动墩墩底的Fx向剪力要远远大于其他桥墩，由此可以得出:在地震水平荷载作用条件下，制动墩主要承担桥梁上部结构所引起的Fx向剪力;

3)由计算结果可以看到:Fy向剪力各墩比较平均，这是由于桥梁支座为单向滑动的支座，模拟时要约束住Fy向的自由度。因此各墩共同承担这个方向的剪力;

4)由表4可以看出:无论是模型A还是模型B，桥墩中的制动墩承担了支座的纵向剪力;

5)由表5，表6可以看出:模型A和模型B中的My向弯矩也主要由桥墩中的制动墩承担。

综上分析可以得出，在我们对桥梁进行分析过程中，尤其是在地震反应分析中，结构桩—土之间的作用一定要考虑，这样能够更细致的模拟真实情况，为桥梁的设计和研究做出一定的贡献。

［1] 林万杰．大跨长联预应力混凝土连续梁桥地震反应分析［D］．成都:西南交通大学硕士学位论文，2006．

［2] 范立础，胡世德，叶爱君．大跨度桥梁抗震设计［M］．北京:人民交通出版社，2001．

［3] JTJ 024-85，公路桥涵地基与基础设计规范［S］．

［4] 郑史雄，奚绍中，杨建忠．大跨度刚构桥的地震反应分析［J］．西南交通大学学报，1997(6):31-32．

［5] (瑞士)J．P．瓦尔夫．土—结构动力相互作用［M］．北京:地震出版社，1992．

［6] GB 50111-2006，铁路工程抗震设计规范［S］．

［7] 李国豪．桥梁结构稳定与振动［M］．北京:中国铁道出版社，1992．

［8] 董 超．大跨度铁路连续梁桥地震反应分析［D］．成都:西南交通大学硕士学位论文，2007．

［9] 王 强．大跨长联预应力混凝土连续梁桥地震反应分析及减隔震研究［D］．成都:西南交通大学硕士学位论文，2010．