双薄壁墩连续刚构桥墩身高度及厚度对地震响应的影响分析

苏志明

摘要：本文以双薄壁墩连续刚构桥（富阳大桥）为工程背景，采用有限元分析软件Midas Civil，对双薄壁墩连续刚构桥的桥墩墩身高度及厚度对地震响应的影响进行了计算；并将分析、验算的结果与规范的要求进行对比，从而判断其在现行的荷载作用下是否足够安全，为此类桥梁的设计提供参考。

关键词：连续刚构桥；动力性能；自振特性；地震响应

1桥梁概况

富阳大桥全桥长为359.35m，主桥为66m+110m+66m变截面预应力混凝土连续刚构箱梁橋，桥梁下部结构采用板式矩形双薄壁墩、钻孔灌注桩基础，主桥总体布置如图1。

2空间有限元建模

在模型计算中考虑的施工荷载有自重、挂篮荷载、结构湿重和预应力荷载。其中钢筋混凝土结构密度25kN/m3，二期恒载包括沥青混凝土桥面铺装、防撞护栏、栏杆等产生的荷载，共74kN/m。

本桥采用有限元计算软件Midas/Civil建模对桥梁结构进行分析。全桥共140个节点，129个梁元。本桥为直线桥，位于不对称竖曲线上，纵坡为1.087%和-3.000%，竖曲线顶点位于中跨跨中，计算中考虑了竖曲线的影响。

考虑土体对桩基的作用：土体用弹簧模拟，忽略阻尼和刚度特性的影响，其中弹簧刚度依据m法取值。桥梁墩底固结，边墩设置为滑动支座，释放Dx，Ry方向约束。计算简图如图2。

3自振特性分析

本文采用子空间迭代法求出该桥前20阶自振频率和振型，限于篇幅，表1中仅列出了前10阶频率与振型。

该桥跨度大，因此设计了较高的主梁墩顶截面以降低跨中截面弯矩，因此竖向抗弯刚度大于横向抗弯刚度，横向弯曲振动先于竖向弯曲振动出现。

4桥墩高度对地震响应的影响

4.1顺桥向地震响应分析

顺桥向激励下，关键截面的内力及位移峰值随桥墩高度的变化。

通过上图可以发现，在顺桥向地震动作用下，随着墩高增大，主梁墩顶位移及墩底弯矩有不同程度的增大，变化幅度分别为29%和20%；主梁跨中弯矩、主梁根部弯矩、主梁墩顶剪力和墩底剪力均有较大幅度的减小，分别为82%、94%、55%和87%。可见墩高的改变对连续刚构桥的地震响应有较为显著影响。

4.2横桥向地震响应分析

横桥向激励下，关键截面的内力及位移峰值随桥梁墩高变化。

在横桥向地震动作用下，随着桥墩高度的增大，主梁墩顶位移，主梁跨中弯矩、主梁墩顶剪力和墩底弯矩呈增大趋势，增大幅度分别为27%、1.6%、7.8%和4.8%；主梁根部弯矩及墩底剪力呈减小趋势，减小幅度为1.5%和50%。总体而言，横桥向激励下，桥墩高度增大对连续刚构桥的地震响应的影响较大。

5 墩身厚度对地震响应的影响

5.1顺桥向地震响应分析

顺桥向激励下，关键截面的内力及位移峰值随墩身厚度的变化。

通过上图可以发现，在顺桥向地震动作用下，随着墩身厚度的增大，主梁墩顶位移变化较小，主梁跨中弯矩、主梁根部弯矩、主梁墩顶剪力、墩底弯矩及墩底剪力均呈增大趋势，增大幅度分别为27.2%、65.8%、30.7%、14.1%和21.3%。总体而言，顺桥向激励下，墩身厚度增大对连续刚构桥地震响的影响较大。

5.2横桥向地震响应分析

横桥向激励下，关键截面的内力及位移峰值随墩身厚度的变化。

在横桥向地震动作用下，随着墩身厚度的增大，主梁墩顶位移增大；主梁跨中弯矩、主梁根部弯矩、主梁墩顶剪力、墩底弯矩及墩底剪力均有不同程度的增大，但增幅均较小，分别为1.9%，2.4%、8.1%、3.2%和0.7%，可见主梁墩身厚度的改变对连续刚构桥的地震响应影响较小。

6 结束语

选用子空间迭代法计算模型前20阶振型的频率，分析了桥梁的自振特性，并依此为基础应用时程分析法研究了桥梁的地震响应，研究表明：选取墩顶位移，主梁跨中弯矩、主梁根部弯矩、主梁墩顶剪力、墩底弯矩及墩底剪力作为对象，研究在不同方向地震动输入情况下各截面的地震响应。

在顺桥向地震动作用下，主梁高跨比和墩身厚度的改变对连续刚构桥各关键截面的位移和内力响应影响较大，桥墩高度及双肢间距的改变所产生的影响则较小。

在横桥向地震动作用下，桥墩高度的改变对连续刚构桥各关键截面的位移和内力响应影响较大，桥墩厚度、主梁高跨比及双肢间距的改变所产生的影响则较小。

7参考文献

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

[2] 陈宝春. 桥梁工程[M]. 北京： 人民交通出版社. 2009.