斜交小箱梁橋地震反應分析

曾天寶，張 琳

（1.南昌市城市規劃設計研究總院，江西 南昌 330038；2.江西省交通科學研究院，江西 南昌 330038）

1 概述

由于用地規劃及水系走向問題，城市橋梁很少能夠成正橋，一般都做成斜橋、彎橋等。考慮到我國是一個地震多發的國家，而地震對橋梁的破壞又是及其嚴重的，所以，對斜橋、彎橋進行的地震反應分析是十分有必要的。

本文以城市斜交小箱梁橋為工程背景，取多種跨數的斜交小箱梁橋為研究對象，在國內外研究成果的基礎上，采用斜度、跨徑、支座剛度、墩高和跨數等變量作為可變參數，分別進行常遇地震作用下的反應譜分析和彈性時程分析，探討它們對結構地震反應的影響。

2 單跨斜交小箱梁橋地震反應參數分析

2.1 斜度對地震反應的影響分析

在跨徑和支座支承剛度保持一定（跨徑為20m，支座剛度為4 000 kN/m）的條件下，選取0°、15°、25°、35°、45°和 55°的小箱梁，進行斜度變化的參數分析。

由圖1、圖2可見，當地震波沿x向（y向）輸入時，反應譜和時程分析法所得的計算結果幾乎一樣，支座剪力Vx（Vy）基本上不隨斜度的變化而變化。

圖1 地震波沿x向輸入時不同斜度的支座剪力（單位：kN）

圖2 地震波沿y向輸入時不同斜度的支座剪力（單位：kN）

2.2 跨徑對地震反應的影響分析

在斜度為25°，支座剛度為4 000 kN/m不變的條件下，選取跨度為 20 m、25 m、30 m、35 m、40 m五個不同的跨徑，進行跨度變化的參數分析。

由圖3、圖4可見，當地震波沿x向（y向）輸入時，時程分析和反應譜法所得的結果比較接近。斜度不變時，Vx（Vy）隨跨徑的增大而增大；Vy（Vx）基本上為0。

2.3 支座剛度對地震反應的影響分析

在跨徑和斜度保持一定（跨徑為20 m，斜度25°）的條件下，選用支座剛度為4×103kN/m、4×104kN/m和4×105的小箱梁，進行支座剛度變化的參數分析。

圖3 地震波沿x向輸入時不同跨徑的支座剪力（單位：kN）

圖4 地震波沿y向輸入時不同跨徑的支座剪力（單位：kN）

由表1、表2中數據可知，當地震波沿x向（y向）輸入時，時程分析和反應譜法的所得結果比較接近。Vx（Vy）隨支座剛度的增大而增大，當剛度達到一定值后趨于穩定。

表1 地震波沿x向輸入時的支座剪力

表2 地震波沿y向輸入時的支座剪力

3 兩跨連續小箱梁橋地震反應參數分析

3.1 斜度對地震反應的影響分析

在跨徑和支座支承剛度保持一定（跨徑為20m，支座剛度為4 000 kN/m）的條件下，選取0°、15°、25°、35°、45°和 55°的小箱梁，進行斜度變化的參數分析。設斜度0°（正交橋）時反應譜法得出的彎矩和剪力分別為M1和V1，以斜度為橫坐標，分別以比值My/M1、Vx/V1為縱坐標，得出內力隨斜度變化的比較見圖5、圖6。

圖5 橋墩彎矩隨斜度變化的對比

圖6 橋墩剪力隨斜度變化的對比

從圖5、圖6可知：墩底地震內力都隨斜度增大而增大。但是斜度小于20°時，墩底地震內力My和Vx有增大幅度很小，可以忽略；而斜度大于20°時，增長的幅度較大；當斜度達到55°時，相對于斜度0°時增加了30%左右。

3.2 墩高對地震反應的影響分析

在跨度為20 m，斜度為25°的條件下，選取墩高為 3 m、6 m、12 m、20 m、28 m、36 m六個不同的墩高，進行墩高變化的參數分析。各種墩的墩柱半徑及墩底屈服彎矩見表3。

表3 橋墩截面參數表

由圖7、圖8可知，進行反應譜法和時程分析法分析，得出的規律基本上都差不多：當墩高一定時，墩底地震內力My和Vx隨著斜度的增大而增大；當斜度一定時，墩底的彎矩My、Mx隨墩高的增高而增大，Vy隨墩高的增高而增大，而剪力Vx隨墩高的變化并不呈規律性變化，說明墩越高，剛度越小，下部結構越柔，空間耦聯性越強。

3.3 跨徑對地震反應的影響分析

選取跨度為20 m、30 m、40 m三個不同的跨徑，對不同斜度的兩跨連續斜交小箱梁橋地震反應的影響進行分析。

圖7 反應譜法下墩底內力

圖8 時程分析法下墩底內力

由圖9、圖10可知，進行反應譜法或時程分析法分析，得出的規律基本上都一樣：當跨徑一定時，隨著斜度的增大，墩底地震內力My和Vx有增大的趨勢；斜度一定時，My、Vx隨跨徑的增大而增大。

圖9 反應譜法下墩底內力圖

圖10 時程分析法下墩底內力圖

4 跨數變化對小箱梁橋地震反應參數分析

選取的跨數參數為2跨、3跨和5跨。在一定跨徑（20 m），一定墩高（6 m），斜度分別為 0°、25°、55°的情況下，探討跨數變化對斜交小箱梁橋地震反應的影響。

從圖11～圖14可以看出，采用反應譜法或線性時程分析法分析得出的規律基本上都一樣：當跨數一定時，斜度0°（正交橋）和25°時的My、Vx幾乎相等；斜度55°時，中跨橋墩墩底內力My、Vx與0°時相比有一定的增大，這種增大的趨勢隨跨數的增多而減弱；中跨橋墩墩底內力My、Vx隨跨數的增多有所增大，五跨中跨的My、Vx比兩跨中跨的My、Vx增大20%～30%。與兩跨、三跨相比，五跨連續斜交橋在中跨My、Vx有所增大的同時，邊跨的My、Vx則基本不變。

圖11 反應譜法下墩底沿x方向的內力

圖12 反應譜法下墩底沿y方向的內力

5 結論

通過本文的研究，得出如下結論：

（1）經過比較反應譜法和時程分析法兩種方法的結果，兩者的結論是基本一致的。

圖13 時程分析法下墩底沿x方向的內力

圖14 時程分析法下墩底沿y方向的內力

（2）單跨斜交小箱梁橋，當地震波沿x向（y向）輸入時，支座剪力Vx（Vy）基本上不隨斜度的變化而變化。當斜度不變時，Vx（Vy）隨跨徑的增大而增大；當斜度與跨度不變時，Vx（Vy）隨支座剛度的增大而增大，當剛度達到一定值后趨于穩定。

（3）兩跨及三跨連續斜交小箱梁橋斜度、墩高和跨徑變化參數對結構地震反應的影響：

a.墩底地震內力都隨斜度增大而增大。但是斜度小于20°時，墩底地震內力My和Vx有增大幅度很小，可以忽略；而斜度大于20°時，增長的幅度較大；當斜度達到55°時，相對于斜度0°時增加了30%左右。

b.當墩高一定時，墩底地震內力My和Vx隨著斜度的增大而增大；當斜度一定時，墩底的彎矩My、Mx隨墩高的增高而增大，Vy隨墩高的增高而增大，而剪力Vx隨墩高的變化并不呈規律性變化。

c.當跨徑一定時，隨著斜度的增大，墩底地震內力My和Vx有增大的趨勢；斜度一定時，My、Vx隨跨徑的增大而增大。

（4）跨數變化參數對結構地震反應的影響：中跨墩底地震內力隨著跨數的增加而增大，而邊跨墩底地震內力隨著跨數的增加而基本不變。