城市軌道交通預制節段拼裝單薄壁連續剛構抗震性能分析

何建梅

廣州地鐵設計研究院股份有限公司

結構有限元計算模型

廣州十四號線高架區間雙線標準段連續剛構主要跨度為4x40m，聯長160m，采用雙線單箱截面，橋面寬10m，梁底寬2.4m，梁高2m，懸臂長2.1m，標準節段長2.6m；采用單薄壁矩形墩。

本橋采用節段拼裝工法施工，首先施工基礎、橋墩及墩頂現澆段，剩余梁體采用架橋機進行節段拼裝。預制拼裝的節段梁與中墩現澆梁間留濕接縫，邊墩頂主梁橫隔板留后澆帶。

圖1 連續剛構橫斷面圖

圖2 施工步驟圖

標準段連續剛構抗震分析建立全橋力學模型進行分析計算，在承臺底用六個彈簧剛度模擬群樁基礎的剛度。取計算模型左右各一聯橋梁結構作為邊界條件。非線性時程分析時，應考慮施工步驟對初始內力的影響。連續剛構墩頂及墩底均有可能出現塑性鉸，塑性鉸設置如下圖：

圖3 動力彈塑性分析模型

結構動力特性

根據建立的動力計算模型，采用多重Ritz向量法求解橋梁結構動力特性。成橋階段前8階結構自振頻率及相應振型如下所示。

為確保行車的舒適性及安全性，軌道交通橋梁在設計上應使橋梁結構橫向自振頻率盡可能避開列車蛇形運動頻率（約0.6～0.8Hz）。通過動力特性分析可知：4x40m預制拼裝連續剛構的一階橫向自振頻率大于0.9HZ，可滿足要求。前8階振型如下所示：

表1 各階振型模態特性表（頻率Hz）

動力彈塑性計算結果分析

1）判斷屈服狀態

根據Midas civil中M-Φ曲線的結果，可利用彎矩-曲率曲線評價截面的性能,首先判斷橋墩在順橋向地震作用及橫橋向地震作用下是否進入屈服狀態，屈服狀態以截面最外層鋼筋首次屈服為準。判斷結果見下表：

表2 墩底屈服狀態判別

標準段剛構墩頂及墩底截面在罕遇地震作用下，只開裂未進入屈服狀態。

2）罕遇地震下樁基能力保護計算

罕遇地震下，對樁基彎矩最大處截面進行驗算，橋墩混凝土最大壓應力為15.14Mpa，鋼筋最大拉應力為144.32Mpa，滿足規范要求。

結語

廣州十四號線預制拼裝連續剛構在小震及大震下可達到抗震性能I的要求，在罕遇地震作用下，結構能夠保持其正常使用功能，結構基本處于彈性工作狀態。