基于Midas Civil建模對(duì)大跨連續(xù)剛構(gòu)橋的抗震分析

林長(zhǎng)峰

（廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023）

0 引言

本文采用Midas Civil建立橋梁結(jié)構(gòu)的空間三維動(dòng)力計(jì)算模型，計(jì)算模型中的梁體和墩柱采用空間桿系單元模擬；對(duì)墩柱和梁體的單元根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際動(dòng)力特性進(jìn)行劃分。對(duì)工程的抗震性能要求I級(jí)的情況下，使用線性反應(yīng)譜方法分析橋梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，要求在E1地震作用下，達(dá)到地震后不破壞或輕微破壞的效果，應(yīng)能保持橋梁的正常使用功能；結(jié)構(gòu)處于彈性工作階段；不因結(jié)構(gòu)的變形導(dǎo)致軌道的過大變形而影響行車安全的目標(biāo)。

1 工程概況

該橋系某市梅教街－武湖市政工程的一座大橋，主橋?yàn)椋?0＋100＋100＋60）m剛構(gòu)連續(xù)梁橋，梁橋全長(zhǎng)320m，橋梁布置如圖1所示。邊支點(diǎn)頂板寬9.4m，底板寬5.4m，梁高3.5m；中支點(diǎn)頂板寬9.4m，底板寬5.4m，梁高6.5m。

圖1 （60＋100＋100＋60）m剛構(gòu)連續(xù)梁橋全橋布置圖（m）

2 計(jì)算模型及荷載

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的結(jié)構(gòu)布置和施工方法，采用橋梁有限元軟件Midas Civil建立結(jié)構(gòu)有限元分析模型，對(duì)（60＋100＋100＋60）m剛構(gòu)連續(xù)梁橋進(jìn)行抗震設(shè)防專項(xiàng)論證。

2.1 荷載分類及組合

橋梁抗震驗(yàn)算的荷載，采用表1所列的荷載進(jìn)行最不利的組合及抗震計(jì)算。

表1 橋梁荷載表

抗震驗(yàn)算時(shí)，雙線橋只考慮單線活載，分別按照有車、無車進(jìn)行計(jì)算；當(dāng)橋上有車時(shí)，順橋向不計(jì)算活載引起的地震作用；橫橋向計(jì)入50%活載引起的地震力，作用于軌頂以上2m處，活載豎向力按列車豎向靜活載的100%計(jì)算。橋梁抗震驗(yàn)算時(shí)，分別計(jì)算順橋向和橫橋向的水平地震作用。

2.2 計(jì)算建模

采用Midas Civil建立橋梁結(jié)構(gòu)的空間三維動(dòng)力計(jì)算模型。計(jì)算模型中的梁體和墩柱采用空間桿系單元模擬；進(jìn)行非線性時(shí)程分析時(shí)，墩柱采用反映結(jié)構(gòu)彈塑性動(dòng)力行為的單元。墩柱和梁體的單元根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際動(dòng)力特性進(jìn)行劃分，單元質(zhì)量采用集中質(zhì)量代表，混凝土結(jié)構(gòu)的阻尼比按0.05取值；支座單元及橋梁結(jié)構(gòu)各邊界條件按表2采用。

表2 邊界與連接條件關(guān)系表

分析模型時(shí)考慮樁土的共同作用，樁土的共同作用用等代土彈簧模擬，等代土彈簧的剛度采用表征土介質(zhì)彈性值的m參數(shù)來計(jì)算。

橋墩的結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系遵循右手法則，計(jì)算結(jié)果的荷載正方向示意圖如圖2所示，其中X正向指向線路前進(jìn)方向。

3 抗震計(jì)算及分析

3.1 橋梁動(dòng)力特性

橋梁動(dòng)力特性分析是研究橋梁振動(dòng)問題的基礎(chǔ)。為了計(jì)算地震作用下橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)，必須首先計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性。連續(xù)梁橋動(dòng)力特性見表3。

圖2 橋墩結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系示意圖

3.2 E1地震作用橋墩控制截面計(jì)算

對(duì)剛構(gòu)連續(xù)梁50＃～54＃橋墩墩底進(jìn)行靜力計(jì)算，得出結(jié)果后，按E1地震作用下重點(diǎn)設(shè)防橋梁抗震性能要求為I類，采用線性反應(yīng)譜法進(jìn)行驗(yàn)算。對(duì)作用在橋梁上的荷載進(jìn)行最不利組合，橋墩控制截面的內(nèi)力組合結(jié)果見表4～9。

表3 剛構(gòu)連續(xù)梁橋動(dòng)力特性表

表4 E1地震作用下50＃橋墩墩底內(nèi)力匯總表

表5 E1地震作用下51＃橋墩墩底內(nèi)力匯總表

表6 E1地震作用下52＃橋墩墩頂內(nèi)力匯總表

表7 E1地震作用下52＃橋墩墩底內(nèi)力匯總表

表8 E1地震作用下53＃橋墩墩底內(nèi)力匯總表

表9 E1地震作用下54＃橋墩墩底內(nèi)力匯總表

3.3 截面計(jì)算參數(shù)

剛構(gòu)連續(xù)梁橋墩計(jì)算參數(shù)和墩底截面縱向鋼筋布置形式見表10。

表10 橋墩計(jì)算參數(shù)及墩底配筋表

4 結(jié)語

本文以梅教街－武湖市政工程項(xiàng)目的一座（60＋100＋100＋60）m剛構(gòu)連續(xù)梁橋?yàn)槔湓贓1地震作用下重點(diǎn)設(shè)防橋梁抗震性能要求為I類，采用線性反應(yīng)譜法進(jìn)行驗(yàn)算，得出結(jié)論：在E1地震作用下，墩身強(qiáng)度滿足規(guī)范要求；截面配筋滿足抗震構(gòu)造要求；橋墩處于彈性工作階段；樁基礎(chǔ)整體抗震性能滿足抗震規(guī)范要求，地震后能夠保持其正常使用功能。