基于103m+190m+103m連續剛構橋的橋墩抗震分析研究

左翔文

摘? 要：目前，橋梁結構的抗震分析已被人們所廣泛關注，因為地震的發生不僅會在一定程度上對人們的正常出行造成影響，還會直接影響我國經濟的正常運行。鑒于此，以某連續剛構橋為研究對象進行抗震分析，分別驗算其在E1和E2地震作用下的響應結果，驗算的主要內容包括E1地震作用下橋墩的強度是否滿足規范要求和E2地震作用下橋墩的抗剪和墩頂位移是否均滿足規范要求。

關鍵詞：橋梁工程? 剛構橋? 地震作用? 強度驗算? 位移

中圖分類號：U448.23? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）05（b）-0079-03

Abstract：? The study of anti-earthquake on bridge structure has been widely concerned recently is that the occurrence of earthquake will not only affect people's normal travel to a certain extent， but also impede the economic development directly. In view of this， a continuous rigid frame bridge was taken as the research object for anti-earthquake analysis here to check the response results of the bridge in earthquake effect E1 and E2 respectively. The main contents of the test include： whether the strength of piers under the effect of E1 and the shear resistance of the bridge pier and the displacement of the pier top under the effect of E2 are meet the requirements of the specification.

Key Words： Bridge engineering; Rigid frame bridge; Earthquake effect; Strength examination; Displacement

橋梁結構作為交通線路中的重要“咽喉”，起著不可替代的作用。現階段，各種各樣的橋梁結構應運而生，以致橋梁的設計和施工要求也隨之提高。在設計過程中，復雜橋梁結構的抗震分析[1]被視為重要的一環，這不僅是因為地震作用的不確定性，同時還因為地震作用的發生可能會造成嚴重的破壞，以致整個交通網絡的癱瘓。橋梁結構的抗震分析[2]不僅需要考慮非線性問題[3]，還應考慮樁土之間的相互作用[4]以及阻尼等問題。基于此，該文將以某大跨連續剛構橋為研究背景，對其橋墩進行E1和E2地震作用[5]的抗震分析，以便為后續類似橋梁工程項目提供一定的參考價值。

1? 工程概況

該橋梁結構為主跨為是190 m，邊跨為103 m的連續剛構橋，主橋橋面總寬21.5 m。全橋橋型布置圖見圖1所示，墩號從左側小里程端到右側大里程端分別為1#墩、2#墩、3#墩及4#墩。

主墩均為雙肢薄壁墩，兩墩中心之間的距離為9 m，單肢墩柱尺寸為16.5×2.6 m（橫橋向×順橋向），墩高41.9 m;邊墩尺寸為16.5×2.5 m（橫橋向×順橋向），墩高分別為21.3 m和14.6 m。主墩承臺尺寸為17.3×23.8×5 m（順橋向×橫橋向×高），邊墩承臺尺寸為8.4×18.4×3 m（順橋向×橫橋向×高）。主墩承臺下采用2.5 m直徑的樁，順橋向3排，橫橋向4排，共12根樁，樁長25 m;邊墩承臺下采用2.0 m直徑的樁，順橋向2排，橫橋向4排，共8根樁，樁長20 m。

混凝土等級：主梁采用C60，橋墩采用C40，承臺和樁基均采用C30。邊墩墩頂采用GPZ（KZ）抗震盆式橡膠支座，主墩與主梁固結無支座。

為了準確模擬該大跨橋在地震作用下的反應，分別在小里程端和大里程端建立了與之相連的兩跨簡支梁，樁土相互作用[6]采用“m”法土彈簧模擬。全橋單元數量：單元 767個，節點數量 818個。

2? 橋梁抗震基本參數

2.1 橋梁類型

該橋梁結構主跨跨徑為190 m，超過150 m，被定義為A類。

2.2 抗震烈度及標準

該連續梁的場地抗震基本烈度[7]為7度，設計基本地震加速度為0.10 g，特征周期為0.40 s。地震基本烈度7度，抗震設防措施等級采用8度抗震措施標準。

2.3 場地類別

場地巖層單斜，地層結構簡單，擬建橋梁位于龍泉驛斷層東側約2.85 km，位于仁壽斷層西側3.30 km，斷層對巖體結構影響不大，鉆孔揭示巖芯較完整，新構造運動不強烈，地震基本烈度為Ⅶ度，區域穩定性好，屬三級地。

2.4 E1地震反應譜的確定

根據《公路橋梁抗震設計細則》（JTGT 2231-01—2020）（以下簡稱抗震細則）的9.3節，該剛構橋在E1地震作用下可采用多振型反應譜法分析。可根據如下公式進行阻尼比為0.05的水平向設計加速度反應譜S的確定和水平方向上最大的設計加速度反應譜Smax的確定。

式中：Tg代表特征周期（s）;T代表結構自振周期（s）;Smax代表水平方向上的最大的設計加速度反應譜;Ci代表抗震重要性系數;CS代表場地系數;Cd代表阻尼調整系數;A代表水平方向上的最大的設計基本地震加速度值。

2.5 E2地震時程分析的確定

該橋梁結構需進行3組時程波驗算，并最終選取3組計算結果的最大值。其中兩條波為實際地震波記錄，另一條地震波采取人工擬合的方式確定。該文采用的其中一條實際地震波為MIDAS[8]自帶的H24_T1-III-2（2011， TOHOKU-Coast， EW），其最大峰值加速度達到0.585 5 g，持續時間240 s。

2.6 建模注意事項

基于MIDAS軟件建立抗震模型，單元質量采用集中質量代表，對結構模型進行反應譜分析和時程分析計算，荷載組合采用CQC，特征值分析采用多重Ritz向量法，考慮質量參與率90%以上振型。

2.7 內力組合

E1地震工況下按照4種工況進行驗算，分別是工況1：恒荷載+順橋向地震力包絡;工況2：恒荷載+橫橋向地震力包絡;工況3：恒荷載+豎向地震力包絡;工況4：工況1-3的包絡。

E2地震工況下按照恒荷載+三條地震波包絡計算。

3? E1地震作用下橋墩驗算

主墩的順橋和橫橋向均布置兩排直徑28 mm的鋼筋，邊墩的順橋和橫橋向均布置一排直徑22 mm的鋼筋。根據內力圖，判定小里程端邊墩和主墩受力最不利，可僅分別對這兩個橋墩進行強度驗算，結果見表1，表中軸力值的單位為kN，彎矩值的單位為kN m。根據表中數據可知，E1地震工況下該橋的邊墩和主墩均能夠滿足強度要求。

4? E2地震作用下橋墩驗算

4.1 彎矩-曲率分析

利用MIDAS軟件對樁基和橋墩做彎矩-曲率分析，圖2為1#主墩在兩個方向上的彎矩曲率結果圖，其中橫坐標代表曲率，單位為1/m;縱坐標代表彎矩值，單位為kN m。

4.2 橋墩抗剪驗算

依據《抗震細則》的6.7節和7.3.4節開展橋墩做抗剪強度驗算，其中主墩的箍筋直徑為16 mm，邊墩箍筋直徑為12 mm，具體驗算結果見表2所示，表中剪力值的單位為kN，彎矩值的單位為kN m。根據表2中數據可知，設計的箍筋肢數和箍筋直徑能夠滿足抗剪要求。

4.3 橋墩墩頂位移驗算

依據《抗震細則》的7.4節開展橋墩墩頂的位移驗算，結果見表3，表中僅羅列了1#墩和2#墩分別在順橋向和橫橋向的墩頂位移驗算結果，根據表3中數據可知，墩頂實際產生的位移值小于容許位移值，即滿足規范要求。

5? 結語

該文以某連續剛構橋為分析對象，分析了E1和E2地震工況下橋墩的相關驗算。首先，分析了E1地震工況下的橋墩強度驗算，目的在于驗算橋墩的配筋是否滿足相應的規范要求;其次，分析E2地震作用下橋墩的抗剪驗算和墩頂位移，目的在于驗算橋墩的箍筋和橋墩的變形是否滿足規范要求。通過對該連續剛構橋在E1和E2地震作用下的響應結果，可知該橋梁結構的橋墩結構能夠滿足抗震規范中的相關要求，即該橋梁結構的橋墩設計具有可靠性。

參考文獻

[1] 劉曉剛.山區高速公路橋梁的抗震設計和加固設計[J].交通世界，2020（Z2）：102-103.

[2] 肖銀濤，何江明.淺談公路橋梁抗震設計[J].建材與裝飾，2017（32）：257-258.

[3] 張志新.大跨度橋跨抗震設計實用方法[J].科技創新導報，2018，15（27）：58-59.

[4] 劉培玲.考慮土樁相互作用的高鐵橋梁抗震性能分析[D].北京交通大學，2015.

[5] 盧曉斌.（60+100+60）m連續梁橋地震響應分析[D].石家莊鐵道大學，2017.

[6] 馮華.我國公路橋梁抗震設計中的問題及改進思考[J].中國戰略新興產業，2019，7（12）：175.

[7] 高文軍，海燕.公路大跨度橋梁建設期抗震設防標準研究[J].橋梁建設，2021，51（2）：47-53.

[8] 葛俊穎.橋梁工程軟件MidasCivil使用指南[M].北京：人民交通出版社，2013：101-120.