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高墩大跨径连续刚构桥地震反应分析

吴小武，何旭辉，户东阳

（中南大学土木建筑学院，湖南长沙）

摘要：本文以某单线铁路薄壁高墩大跨径连续刚构桥为工程背景，运用有限元软件Midas/Civil建立有限元模型，进行了模态分析，并且利用反应谱法和时程分析法计算该桥的地震响应，并对计算结果进行对比分析。结果表明，该桥具有良好的抗震性能。
关键词：高墩；连续刚构；反应谱；时程分析

SEISMICRESPODSEANALYSISOFLONGSPANCONTINUOUSRIGIDFRAMBRIDGEWITHHIGHPIERS
Xiao-WuWu,Xu-HuiHe,Dong-YangHu
SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,CentralSouthUniversity,
HunanChangsha,China

ABSTRACT:Inthispaper,basedonalongspancontinuousrigidframebridgewithhigh-thinpiersonasingle-trackrailway,thefiniteelementmodelisestablishedbysoftwareMidas/Civil,andmodalanalysisismade.Seismicresponseofthisbridgeiscalculatedandcomparedbyresponsespectrummethodandtimehistoryanalysismethod.Theresultsshowedthatthisbridgehasagoodseismicbehavior.
KEYWORDS:highpiers;continuousrigidframebridge;responsespectrum;timehistoryanalysis.

近年来，随着科技和交通事业的发展及桥梁设计和施工工艺的不断完善，混凝土强度越来越高，连续刚构桥跨径和上部结构的连续长度不断增大，同时桥墩的高度也在不断增长。随着高墩大跨径预应力混凝土连续刚构桥的大量建设，这使得结构的稳定，抗震问题日益突出，相关的结构安全性以及地震危险性评估研究已日趋重要。因此，研究分析高墩连续刚构桥的地震响应对于合理进行桥梁抗震设计有着非常重要的意义[1]。
本文以一座薄壁高墩连续刚构为例，建立有限元模型，对其地震响应进行详细计算和分析。在计算中采用了反应谱和时程分析，对比了墩底和跨中弯矩以及墩顶和跨中位移。通过分析对比表明，此桥具有良好的抗震性能，并得出一些参考的结论。

1工程概况
该桥为(48+88+48)m双肢薄壁高墩预应力混凝土连续刚构，墩身高为65m梁体为单箱单室、变高度、变截面箱梁,梁体全长185.0m,支墩处梁高5.8m,跨中及边跨梁端处梁高3.3m。梁体下缘除中跨中部10m梁段和边跨端部为等高直线段外，其余为二次抛物线，抛物线方程f(x)=。箱梁顶板宽6.0m，箱宽4.0m，除边跨梁端顶板厚由34㎝渐变至70㎝外,其余粱板顶板厚34㎝。梁体在端部和支墩处共设6道横隔板，横隔板中部设有孔洞，以利人员通过。受力钢筋及箱梁纵向钢筋采用Ⅱ级钢筋，联系钢筋采用I级钢筋。该桥总体示意图如图1所示。

图1全桥示意图（单位：m）

2计算分析模型
本文中采用桥梁有限元软件Midas/Civil建立有限元模型进行地震响应分析，主梁和桥墩均采用空间梁单元模拟。主梁及墩身最上部9m混凝土为C50，弹性模量为，容重为；其余墩身及横梁混凝土为C40，弹性模量为，容重为，重力加速度为。模型的边界条件为主墩底端嵌固，采用自由度耦合的方式模拟墩和梁端连接，桥墩与主梁固结处有相同的位移，边墩活动支座处将梁体沿桥横向，竖向的线位移及绕顺桥向扭转角度自由度耦合[2]。根据截面特性划分为214个单元，其有限元计算模型如图2.

图2全桥有限元计算模型

3基本理论和计算方法
该桥桥址场地土类型为II类场地，设防烈度为7度，地震动峰值加速度小于0.05g，地震动反应谱特征周期0.35s，设计基准期为100年。
1）反应谱是不同频率的单质点在一定阻尼系数的条件下输入不同的地面运动后得到的位移反应，速度反应和加速度反应最大值的外包络曲线。应用反应谱计算结构地震反应首先要计算结构的动力特性和各阶振型和系数，然后按各阶振型对某项反应的贡献程度进行线性叠加，得出反应的最大值[3]。
依据《铁路工程抗震设计规范》GB501111-2006的反应谱法来分析该桥的地震反应，并假定地震反应为线弹性的，可采用叠加原理进行振型组合；各支撑处的地震动完全相同，不考虑桩基础；结构最不利地震反应为其最大地震反应；地震动过程为平稳的随机过程[3]。考虑到本桥所在的位置，取结构重要性