趙強(qiáng)寧曉駿

（1.云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 昆明 650500 2.昆明理工大學(xué) 昆明 650500）

0 引言

地震作為一種嚴(yán)重的自然災(zāi)害，對人類的威脅隨著人類物質(zhì)文明的不斷積累而越來越大。橋梁作為交通樞紐工程在發(fā)展國名經(jīng)濟(jì)中起到了舉足輕重的作用，提高橋梁的抗震能力是我國公路交通建設(shè)中所面臨的重要課題。本文依據(jù)《公路橋梁設(shè)計(jì)抗震細(xì)則》（JTJ/TB02-01—2008），運(yùn)用有限元軟件MIDASCIVIL建立了某高墩連續(xù)剛構(gòu)橋的有限元模型，采用了動(dòng)力反應(yīng)譜分析法對該橋進(jìn)行了抗震性能分析。

1 工程概況

本橋位于昆明市某公路，跨徑為396m，主橋采用103+190+103m單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)橋，下部結(jié)構(gòu)采用雙薄壁墩，鉆孔樁基礎(chǔ)。橋梁上部主梁截面為單箱單室箱型截面，箱梁頂板寬12m，底板寬6.5m；下部2主墩為高度與截面均相同的雙肢薄壁墩，墩高104m，雙肢薄壁截面肢中心距10.5m，縱橋向單肢寬3.5m，壁厚0.6m，橫橋向單肢寬8.5m，壁厚1.0m，墩身采用C50混凝土。

圖1 連續(xù)剛構(gòu)橋有限元模型

2 計(jì)算參數(shù)

2.1 永久荷載

（1）一期荷載：混凝土容重取26kN/m3。

（2）二期荷載：包括橋面鋪裝，防撞欄等均以均布荷載計(jì)入，合計(jì)均布荷載為71.7kN/m。

2.2 偶然荷載

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011—2001）、《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306—2001），橋位區(qū)域地震動(dòng)反映譜特征周期為0.4S，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.2g，對應(yīng)地震基本烈度為Ⅶ度。

根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/TB021-01—2008）9.3.6規(guī)定，混凝土橋梁，拱橋的阻尼比不宜大于0.05，因此在這里取阻尼比為0.05。按抗震規(guī)范9.3.1條，本次抗震計(jì)算采用對振型反應(yīng)譜法進(jìn)行計(jì)算。水平設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜由下式確定：

式中：Tg-特征周期；T-結(jié)構(gòu)自振周期；Smax-水平設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜最大值；Ci-抗震重要系數(shù)取1.0；Cg-場地系數(shù)取1.0；Cd-阻尼調(diào)整系數(shù)取1.0；A-水平向設(shè)計(jì)基本地震加速度峰值。

3 模型建立

運(yùn)用MIDASCIVIL2012建立全橋有限元模型，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加速度反應(yīng)譜分析?？紤]結(jié)構(gòu)抵抗順橋向和橫橋向地震作用的影響，模態(tài)組合采用CQC法。同時(shí)根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD63—2007）規(guī)定，利用土彈簧模擬樁和土之間相互作用，盡可能真實(shí)的模擬樁基礎(chǔ)，全橋模型如圖2所示。

圖2 連續(xù)剛構(gòu)橋有限元模型

4 結(jié)果分析

4.1 實(shí)心墩和空心墩的對比

對模型中的橋墩分別采用圖3兩種截面形式，一種為實(shí)心墩，一種為空心墩。然后對模型進(jìn)行地震響應(yīng)下的反應(yīng)譜分析，結(jié)果如表1所示。

表1中可以看到當(dāng)橋墩分別采用外部尺寸相同的實(shí)心墩和空心墩時(shí)，空心墩的基頻，反應(yīng)譜加速度，墩頂?shù)奈灰坪投盏椎膬?nèi)力均小于實(shí)心墩，由此可見，在地震的作用下，空心墩比實(shí)心墩具有更好的抗震效果。并且空心墩具有省材料，自重輕等特點(diǎn)。

圖3 橋墩截面形式

表1 實(shí)心墩和空心墩的地震響應(yīng)

4.2 橋墩采用不同截面尺寸的對比

對模型中的橋墩分別采用8.0*3.58.0*4.08.0*4.5和8.0*5.0四種截面尺寸，在地震響應(yīng)下的結(jié)果如圖4所示。

圖4 橋梁地震下響應(yīng)隨橋墩截面尺寸變化情況

由圖4中可以看出，隨著橋墩截面尺寸增大，墩頂橫橋向位移幾乎沒有變化，順橋向位移墩頂位移值雖然會(huì)減小，但是位移變化并不明顯；同時(shí)橋墩截面尺寸越大，橋梁的剛度就越大，基頻也越大，動(dòng)力反應(yīng)譜加速度越大，而且加大橋墩的截面尺寸還會(huì)使得地震響應(yīng)下墩底的內(nèi)力變大。所以從抗震設(shè)計(jì)的角度而言，橋墩的截面尺寸加大，會(huì)對抗震不利。

4.3 橋墩截面形式的對比

對模型分別采用8.0*7.0的單矩形墩，直徑6.16m的圓形柱式墩和8.0*3.5的矩形雙薄壁墩，三種截面形式的面積都相等，在地震響應(yīng)下的分析結(jié)果如表2所示。

表2 不同橋墩截面形式下的地震響應(yīng)

由表2中結(jié)果可以看出在三種截面形式中單矩形墩相比雙薄壁墩而言，基頻較大，在地震響應(yīng)下的反應(yīng)譜加速度更大，墩底的內(nèi)力也更大，所以雙薄壁墩比單矩形墩具有更好的抗震性能，而相比圓形墩而言，矩形墩在地震響應(yīng)下反應(yīng)譜加速度偏小一點(diǎn)，墩頂位移和墩底內(nèi)力相差不大。

5 結(jié)論

通過對該剛構(gòu)橋的地震響應(yīng)分析可以得出以下結(jié)論：

（1）在滿足結(jié)構(gòu)靜力承載能力的設(shè)計(jì)情況下，空心墩相對于實(shí)心墩基頻、反應(yīng)譜加速度、墩頂?shù)奈灰坪投盏椎膬?nèi)力均小，有利于抗震。

（2）在剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，高墩的截面形式和尺寸應(yīng)該根據(jù)場地實(shí)際條件和連續(xù)剛構(gòu)本身特性合理選擇。從抗震設(shè)計(jì)方面考慮，截面為矩形雙薄壁墩相對于矩形實(shí)心墩和圓柱式墩更具有抗震效果；而且橋墩的截面尺寸越大，橋梁的剛度就會(huì)越大，橋墩的地震內(nèi)力越大，對結(jié)構(gòu)的抗震更不利。在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體的地質(zhì)環(huán)境條件，同時(shí)綜合考慮經(jīng)濟(jì)因素及安全因素選擇恰當(dāng)?shù)目拐鸫胧湍鼙M量減低橋梁震害的影響。

（3）在連續(xù)剛構(gòu)高墩橋梁的抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)加強(qiáng)橋墩的延性抗震的理念，充分發(fā)揮延性在橋梁中的重要作用，選擇合適的橋墩剛度，減少地震對橋梁的影響。但同時(shí)也應(yīng)該考慮橋梁在地震響應(yīng)下結(jié)構(gòu)位移的要求。