廖宸鋒　龍波

摘要：文章以東慕大橋為工程背景，分析廊橋與常規(guī)橋梁在動力特性和地震響應下的差異，并對該類橋梁的減隔震設計進行了探討，提出了減隔震設計的思路。

關鍵詞：廊橋;地震作用;減隔震設計

中國分類號：U442.5+5文獻標識碼：A

0 引言

風雨橋，又稱廊橋，是少數(shù)民族地區(qū)獨有的一種橋梁建筑，其在廣西也較為流行。

廊橋屬于一種橋梁與建筑結合的組合結構，由于橋梁與建筑本身就存在不同的受力特性，當兩者結合在一起后，結構的協(xié)同受力就顯得尤為復雜。目前，對此類結構的抗震性能研究及工程案例也相對較少，抗震規(guī)范也沒有針對這種組合結構的相應條款，因此對此類結構在地震作用下的受力性能及隔震設計進行分析研究，具有重要的意義。

本文以地處7度區(qū)的廣西百色市田陽東慕大橋為工程背景，采用有限元的方法，分析其在地震作用下的動力特性及響應，以期為今后類似工程抗震設計提供有益借鑒和參考。

1 項目概況

田陽東慕大橋橋長289.02 m，其中主橋長140 m，跨徑布置為4×35 m，采用具有廣西壯族特色的風情廊橋結構形式。為減少建筑與橋梁之間的相互影響，東慕大橋主橋在設計上將橫橋向分為三幅橋，三幅橋之間設置一定的縫隙，以滿足變形的需求。

主橋橫橋向中間為車行橋，通行機動車輛，橋寬17 m，其中上部結構采用35 m先簡支后連續(xù)預應力混凝土小箱梁，2#、6#交界墩采用整體式的薄壁墩及承臺基礎，3#～5#中間墩采用獨立式的蓋梁柱式墩及承臺基礎。

主橋橫橋向兩側為非機動車橋，通行行人與非機動車，橋寬8.5 m，并在其上設置廊建筑，廊建筑總體為兩層，局部加高為三層，左右兩側非機動車廊橋橫向通過廊結構聯(lián)成整體，并同時滿足中間車行橋通行的凈空要求。由于上部建筑體量較大，為進一步改善上部建筑對橋梁下部結構受力的影響，上部建筑采用鋼框架的結構形式，其中為加強整個建筑結構的剛度，第一層建筑采用鋼桁架的結構形式，建筑結構的立柱直接作用于下部橋梁的墩頂上，形成一個建筑與橋梁的組合結構。廊橋2#、6#交界墩為與車行橋共用的整體式的薄壁墩及承臺基礎，如下頁圖1所示;3#～5#中間墩采用獨立式的薄壁墩及承臺基礎，如下頁圖2所示。

2 大橋抗震設防標準及目標

百色市是廣西區(qū)內的地震高烈度區(qū)，根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015），工程項目所在區(qū)域地震基本烈度為7度，地震動峰值加速度為0.10 g，場地特征周期為0.35 s。根據(jù)《城市橋梁抗震設計規(guī)范》（CJJ 166-2011），本項目抗震設防類別為丁類，采用兩級抗震設防的設計方法：

（1）E1地震作用：結構總體反應在彈性范圍，基本無損傷，震后可立即使用。

（2）E2地震作用：結構不致倒塌。

大橋采用B類抗震設計方法，即應進行E1地震作用下的抗震分析和抗震驗算，并滿足相關構造和抗震措施的要求。

3 結構動力特性對比分析

大橋采用Midas Civil軟件建立三維有限元空間分析模型，如圖3所示。為了準確模擬下部土層對結構的作用，采用土彈簧模擬土層對基礎的側向約束。動力分析采用里茲向量法進行分析，并對比廊橋與車行橋的動力反應。

根據(jù)分析結果，廊橋與車行橋的動力特性對比如表1和表2所示。

對比廊橋與車行橋的動力分析結果可知，廊橋由于有上部建筑的相互作用，其動力特性與純粹的車行橋橋梁結構有較大的差別：（1）廊橋較單獨車行橋的頻率要低（約為1/2.13），自振周期較單獨車行橋的要長（約為2.13倍），說明廊橋整體結構剛度相對較小，結構更柔;（2）廊橋與車行橋第一階振型均為下構橋墩的縱彎，但又有所不同，其中廊橋為中間4#固定墩的縱彎，車行橋為中間3#、4#活動墩的縱彎，說明車行橋較廊橋整體協(xié)調受力性能更好，且廊橋位移變化較車行橋大得多，說明上部建筑結構體量較大的恒載對橋梁下部結構受力更為不利;（3）廊橋的耦合振動出現(xiàn)在第6階，說明地震時廊橋耦合震顫的可能性大大降低。

4 地震響應對比分析

根據(jù)前述模型，本節(jié)采用反應譜法，考慮水平方向的地震作用，并采用SRSS法組合，重點對比廊橋與車行橋的下部橋墩在地震作用下的受力情況。

通過分析，廊橋與車行橋的受力結果如表3～4所示（限于篇幅，本文僅給出廊橋與車行橋在地震荷載作用下的最不利響應）。

由表3的分析結果可知，由于4#墩為廊橋的固定墩，因此4#墩在E1縱向地震作用下的彎矩較其他橋墩大;同時由表3與表4的結果對比可知，廊橋橋墩最不利彎矩比車行橋的大很多，說明橋梁的上部荷載的大小對橋梁下部結構的地震響應影響較大。

5 廊橋的減隔震設計分析

由前述動力特性及地震響應分析可知，廊橋的下部結構受力較單獨的車行橋更為復雜，在地震作用下其響應也更大，使得上部建筑鋼結構以及對應的橋墩等下構設計都很困難。為進一步改善橋墩的受力，降低其對地震的響應，進行減隔震設計是很有必要的。

根據(jù)大橋靜力結算結果并結合本橋的抗震等級要求，文中采用兩種支座方案進行對比分析，方案一為采用常規(guī)的盆式支座，方案二為在交界墩采用水平力分散支座（如圖4所示）。

經過分析，其結果對比如表5所示（限于篇幅，本文只給出廊橋下構中控制設計的中間4#固定墩的計算結果）。

由表5可知，在交界墩處采用水平力分散支座設計后，4#固定墩的縱向彎矩由19 784.5 kN·m降到11 321.3 kN·m，降幅為42.8%，橫向彎矩由17 088.2 kN·m降到16 381.5 kN·m，降幅為4.1%;整體結構的自振頻率也由0.191 Hz提高到0.284 Hz。

6 結語

本文通過對百色田陽東慕大橋的分析研究，可以得出以下結論：

（1）廊橋由于上部建筑與橋梁的相互作用，結構受力復雜，上部建筑恒載對下部橋墩的受力影響較大，設計時應重點考慮橋墩的選型及設計，并盡量減少上部建筑的層數(shù)，以減少整體結構的恒載。

（2）在廊橋設計中，上下部結構的連接采用減隔震設計，可有效改善其受力。在實際設計中可采用增加縱向水平約束的方式來減小固定墩的地震響應，降低固定墩的設計難度和提高結構的安全。

參考文獻：

[1]張小坤.高烈度地震區(qū)的橋梁設計研究[J].鐵道工程學報，2009，26（4）：31-34，61.

[2]陳 龍.鋼筋混凝土拱式廊橋動力特性與地震響應研究[D].成都：西華大學，2016.

[3]CJJ166-2011，城市橋梁抗震設計規(guī)范[S].

[4]GB18306-2015，中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖[S].