沈曉平(蘇交科集團(tuán)股份有限公司，南京 210000)

1 引言

高速公路中互通現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)橋梁是高烈度區(qū)公路生命線工程的重要組成部分，對(duì)其進(jìn)行抗震分析以提高橋梁抗震能力是至關(guān)重要的。為了探討該類橋梁的抗震性能，本文借助抗震計(jì)算專用程序，結(jié)合橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立了全橋空間有限元模型[1，2]，對(duì)其進(jìn)行基本動(dòng)力特性計(jì)算、彈性反應(yīng)譜分析以及非線性時(shí)程分析，為此類橋梁的抗震設(shè)計(jì)提供借鑒。

2 橋梁概況

某項(xiàng)目采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度為120km/h。選取橋?qū)挒?9.5m 的典型預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁進(jìn)行建模計(jì)算分析?？鐝讲贾脼?×30m，總長90m，上部結(jié)構(gòu)形式為預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆梁，高度為1.7m；下部結(jié)構(gòu)1#、2#、4#橋墩采用φ1.4m 柱式墩，φ1.5m 樁基礎(chǔ)；3#橋墩采用3-2m×0.9m 薄壁墩（落于中分帶內(nèi)），15.5m×2.5m×2.5m承臺(tái)接4 根φ1.5m 樁基礎(chǔ)。

3 抗震設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)工程場地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告可知，橋位場地條件為Ⅲ類，設(shè)防烈度為Ⅷ度，E1 地震作用的場地地震動(dòng)峰值加速度為0.216g，場地特征周期為0.75s；E2 地震作用的場地地震動(dòng)峰值加速度為0.45g，場地特征周期為0.9s，結(jié)構(gòu)阻尼比為0.05。計(jì)算用時(shí)程曲線直接取用安評(píng)報(bào)告中提供的3 條地震波。研究了結(jié)構(gòu)在E1 地震（重現(xiàn)期100a）和E2 地震（重現(xiàn)期2 000a）2 種設(shè)防水準(zhǔn)地震輸入下的縱橋向地震響應(yīng)。根據(jù)JTG/T 2231-01—2020《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，本橋抗震分析計(jì)算模型按照地質(zhì)情況考慮樁土相互作用，等代土彈簧的剛度采用m 法計(jì)算[2]。

4 非線性動(dòng)力模型及結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性

本文采用MIDAS 程序，建立本聯(lián)的動(dòng)力計(jì)算模型，模型中考慮了p-Δ 效應(yīng)，本聯(lián)動(dòng)力計(jì)算模型如圖1 所示。

圖1 本聯(lián)動(dòng)力計(jì)算模型

支座是橋梁的重要連接構(gòu)件，根據(jù)計(jì)算需要橋墩均采用摩擦擺式減隔震支座，摩擦擺式減隔震支座受到的地震作用較小時(shí)，依靠上部自重與橋梁之間的靜摩擦力，來充分保障橋梁的穩(wěn)定性，當(dāng)受到的地震力較大時(shí)，支座按照一定的周期發(fā)生單擺運(yùn)動(dòng)，使橋梁上部結(jié)構(gòu)受到的地震作用力不再向下部結(jié)構(gòu)傳遞，摩擦擺支座的周期和剛度通過選取合適的滑動(dòng)表面曲率半徑來控制，阻尼由動(dòng)摩擦系數(shù)來控制[3]。地震時(shí)程反應(yīng)分析中對(duì)摩擦擺支座按照荷載-位移滯回曲線模型來模擬其力學(xué)性能。

結(jié)構(gòu)前6 階振型、頻率及振型特征可根據(jù)動(dòng)力計(jì)算模型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析可得，詳見表1。

表1 計(jì)算模型基本動(dòng)力特性

5 計(jì)算結(jié)果

由JTG/T 2231-01—2020 中3.4.2 可知，E1 和E2 地震輸入下，各橋墩墩底、墩頂截面為地震反應(yīng)控制截面。本文僅對(duì)結(jié)構(gòu)縱橋向地震響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行分析。

5.1 E1 地震作用下結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)

利用非線性時(shí)程分析方法，在E1 地震作用輸入下，可以得到各橋墩墩底截面地震響應(yīng)（見表2）、單樁最不利截面地震響應(yīng)（見表3）。

表2 各橋墩墩底截面地震響應(yīng)（縱向輸入）

表3 單樁最不利截面地震響應(yīng)（縱向輸入）

5.2 E2 地震作用下結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)

利用非線性時(shí)程分析方法，在E2 地震作用輸入下，可以得到各橋墩墩底截面地震響應(yīng)（見表4）、單樁最不利截面地震響應(yīng)（見表5）。

表4 各橋墩墩底截面地震響應(yīng)（縱向輸入）

表5 單樁最不利截面地震響應(yīng)（縱向輸入）

E2 地震輸入下摩擦擺支座的計(jì)算位移見表6。

表6 E2 地震下支座位移驗(yàn)算（隔震周期4s）

根據(jù)以上時(shí)程分析結(jié)果，對(duì)各橋墩在縱橋向墩底截面與單樁最不利截面進(jìn)行了抗震驗(yàn)算，當(dāng)采用HRB500 高強(qiáng)鋼筋后，立柱和樁基配筋率分別為1.15%和1.26%時(shí)，各墩底截面均可保持彈性狀態(tài)，抗震性能可以滿足要求。

6 結(jié)語

通過對(duì)強(qiáng)震區(qū)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)橋梁的抗震性能分析，可以得出如下結(jié)論：

1）減隔震前該類橋梁的一階振動(dòng)形式常以縱向振動(dòng)為主，自振周期較小，由于橫向框架墩的縱橫向剛度差異，橫向振動(dòng)往往出現(xiàn)在縱向振動(dòng)之后；

2）反應(yīng)譜計(jì)算及時(shí)程分析計(jì)算均表明，橋墩墩底截面和樁頂截面為抗震控制關(guān)鍵截面，應(yīng)加強(qiáng)配筋以滿足JTG/T 2231-01—2020 中抗震性能的要求；

3）應(yīng)合理控制摩擦擺支座隔震周期，控制結(jié)構(gòu)最大位移以避免造成伸縮縫設(shè)計(jì)困難和橋梁之間相互碰撞；

4）E1、E2 地震作用下，橋梁所采用的減震技術(shù)方案有效地改善了下部結(jié)構(gòu)的受力狀況，抗震性能大大提升，實(shí)現(xiàn)了橋梁的抗震設(shè)防目標(biāo)。

希望通過本文的研究可為類似橋梁的抗震設(shè)計(jì)提供參考。