墩高對高墩大跨連續鋼構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直線連續鋼構橋為研究背景，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計提供參考。

【關鍵詞】抗震性能；鋼構橋；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

高墩大跨連續剛構橋在遭受地震災害后，上部結構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構的破壞。主要的震害部位是墩頂的墩梁結合處和墩底，而下部結構和基礎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。某高墩大跨連續剛構橋跨徑布置為（104.5+190+104.5）m，主梁為預應力混凝土箱梁，下部結構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。選取連續剛構主橋作為研究對象，忽略相鄰聯對主橋地震反應的影響。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，并將其轉換為質量。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，因此墩底約束采用固結，不考慮樁-土-結構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。

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

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系見表1：

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

3.2 墩高與內力關系

根據計算結果，結構在恒載-E1地震作用組合下內力值最大，所以本文僅以恒載-E1地震作用下的荷載工況為依據來說明相同跨徑下結構的墩高與內力的關系。

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，結構周期變大，柔性增加，傳至墩頂截面彎矩值隨之減小。

4 小結

相同跨徑下結構自振周期隨著墩高的增加成線性增長趨勢，說明相同結構尺寸下，隨著墩高的增加，結構柔性變大；建議設計者在上部結構尺寸不大的情況下，建議墩高值不宜過大；相同跨徑下隨著墩高增加，結構的柔性增大，對于跨徑組合為（104.5+190+104.5）m的連續鋼構橋而言，結構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，結構柔性變大，傳至橋墩截面的彎矩值隨之減小。

參考文獻

[1] 朱鵬.深水作用下連續剛構橋地震反應分析[D].西安：長安大學，2009

[2] 余青松.高墩大跨連續鋼構橋抗震性能研究[J].中國水運，2011， 11（10）

[3] 范立礎，卓衛東.橋梁延性抗震設計[M].北京：人民交通出版社，2001

[4] 范立礎，李建中，王君杰.高架橋梁抗震設計[M].北京：人民交通出版社，2001