姜有鑫，郭炎峰

(甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030)

0 引 言

公路連續(xù)剛構(gòu)橋采用分幅設(shè)計(jì)時(shí)，承臺(tái)結(jié)構(gòu)一般可選用整體式或分離式2種形式。其中整體式承臺(tái)因其整體剛度大、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)提高橋梁橫向抗風(fēng)、抗船舶沖擊能力有明顯優(yōu)勢(shì)，同時(shí)其對(duì)地基承載能力的需求指標(biāo)也將更高，但目前業(yè)內(nèi)關(guān)于樁-土相互作用對(duì)整體式承臺(tái)連續(xù)剛構(gòu)橋地震反應(yīng)影響的研究和討論較少[1-3]。

1 工程概況

彎溝特大橋主跨連續(xù)剛構(gòu)橋跨徑為(64+115+64)m，主梁至基礎(chǔ)采用分幅對(duì)稱設(shè)計(jì)，左、右幅主梁頂面凈距1 m。主梁頂寬11.75 m，支點(diǎn)處梁高6 m，跨中處梁高2.5 m，其間高度以1.8次拋物線變化。橋墩為雙薄壁空心墩，截面尺寸為600 cm×200 cm，雙肢間距5 m，其中1#墩高63.1 m，2#墩高54.8 m，主梁與橋墩均采用C50級(jí)混凝土。承臺(tái)采用整體式結(jié)構(gòu)，即左、右幅橋共用一個(gè)承臺(tái)，承臺(tái)尺寸為1 037.5 cm×800 cm×365 cm，采用C30級(jí)混凝土，承臺(tái)下設(shè)8根樁基礎(chǔ)，樁徑2.0 m，1、2#墩下樁長(zhǎng)分別為47 m和40 m，采用C25級(jí)混凝土。

橋址位于西北高烈度區(qū)，橋梁抗震設(shè)防類別為B類，設(shè)防烈度Ⅷ，場(chǎng)地特征周期0.45 s，基本地震動(dòng)加速度峰值為0.2 g。

2 地震反應(yīng)分析

2.1 數(shù)值模型

采用midas Civil有限元分析軟件分別建立了兩種動(dòng)力分析模型，全橋均采用彈性梁?jiǎn)卧?，墩梁固結(jié)處采用剛性連接，邊支座處采用直接約束位移的簡(jiǎn)化處理，忽略了邊墩質(zhì)量影響。如圖1～圖2所示，模型1忽略了樁-土相互作用，承臺(tái)底面邊界條件采用直接固結(jié)處理，全橋共計(jì)602個(gè)單元；模型2為考慮樁-土相互作用的模型，樁身周圍側(cè)向土壓力及剛度大小由“m法”[4，5]計(jì)算得到，后以等代線性土彈簧模擬，全橋共計(jì)1202個(gè)單元。2種模型基礎(chǔ)以上結(jié)構(gòu)質(zhì)量完全一致，結(jié)構(gòu)阻尼比取0.05。

圖1 有限元分析模型

圖2 地震時(shí)程曲線圖

3 地震動(dòng)輸入

采用動(dòng)態(tài)時(shí)程分析方法[6]，根據(jù)場(chǎng)地特征，如圖2所示，選用2條典型地震波(Elcent、Taft)和1條人工擬合波，從橋梁縱向、橫向分別進(jìn)行激勵(lì)。

4 反應(yīng)結(jié)果分析

4.1 自振特性

分析得到各模型主要自振特性，如表1，可以看出：(1)2種模型振型有相似性，模型2在考慮了樁-土作用后，承臺(tái)底部邊界條件發(fā)生變化，致使模型2自振周期大于模型1，自振頻率小于模型2；(2)由于采用整體式承臺(tái)將橋梁下部連為整體，而橋梁上部相對(duì)獨(dú)立，因此使得橋梁產(chǎn)生如圖3所示的振型(左、右幅橋非一致性振動(dòng))，這種振型僅出現(xiàn)于采用整體式承臺(tái)設(shè)計(jì)的雙幅橋梁。

表1 2種模型自振特性對(duì)比

圖3 地震時(shí)程曲線圖

4.2 E1水準(zhǔn)地震反應(yīng)

E1地震PGA(地震加速度峰值)=A×Ci=0.1 g，經(jīng)時(shí)程分析計(jì)算，反應(yīng)結(jié)果見表2～表3所示。

表2 E1地震作用下最大橋墩彎矩反應(yīng)對(duì)比

表3 E1地震作用下最大墩頂位移反應(yīng)對(duì)比

根據(jù)結(jié)果可知：地震波無論從縱向或橫向進(jìn)行激勵(lì)，模型1彎矩反應(yīng)結(jié)果均大于模型2，最大差異為模型2的1.22倍；反之模型1位移反應(yīng)結(jié)果均小于模型2，最大差異為模型2的0.81倍。這是由于模型1忽略了樁-土相互作用而采用直接固結(jié)承臺(tái)底部的模擬方式，致使整體結(jié)構(gòu)體系剛度增加，彎矩反應(yīng)結(jié)果增大，位移反應(yīng)結(jié)果減小。

4.3 E2水準(zhǔn)地震反應(yīng)

E2地震PGA(地震加速度峰值)=A×Ci=0.34 g，經(jīng)時(shí)程分析計(jì)算，反應(yīng)結(jié)果如表4～表5所示。從E2地震作用反應(yīng)結(jié)果可以看出，在線性階段下，橋梁的內(nèi)力及位移反應(yīng)均增大了一個(gè)量級(jí)，且2種模型產(chǎn)生的差異特點(diǎn)延續(xù)了E1地震階段的反應(yīng)結(jié)果，其中模型1彎矩最大為模型2的1.46倍，位移最小為模型2的0.81倍，符合考慮樁-土相互作用后的結(jié)構(gòu)反應(yīng)特點(diǎn)。

表4 E2地震作用下最大橋墩彎矩反應(yīng)對(duì)比

表5 E2地震作用下最大墩頂位移反應(yīng)對(duì)比

5 結(jié) 論

以國(guó)網(wǎng)高速G75蘭州段彎溝特大橋主跨(64+115+64)m整體式承臺(tái)雙幅連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)楸尘埃瑸榉治隹紤]或忽略樁-土相互作用對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋的反應(yīng)結(jié)果影響，分別建立了兩種數(shù)值模型，通過動(dòng)態(tài)時(shí)程分析方法，對(duì)橋梁線彈性階段的地震反應(yīng)結(jié)果進(jìn)行分析研究，得到以下結(jié)論。

(1)考慮樁-土相互作用將改變連續(xù)剛構(gòu)橋的邊界條件，減小結(jié)構(gòu)整體剛度，增大結(jié)構(gòu)自振周期。在線彈性地震反應(yīng)階段，忽略樁-土作用的模型1彎矩最大為模型2的1.46倍，位移最小為模型2的0.81倍。

(2)采用整體式承臺(tái)設(shè)計(jì)，由于雙幅橋梁上部相對(duì)獨(dú)立，而下部結(jié)構(gòu)由承臺(tái)連為整體，橋梁將會(huì)產(chǎn)生左、右幅橋非一致振動(dòng)的獨(dú)有振型。

(3)以地震作用為主要控制指標(biāo)的整體式承臺(tái)連續(xù)剛構(gòu)橋，建議應(yīng)考慮橋梁樁基與地基土的相互作用影響，以接近真實(shí)反應(yīng)結(jié)果。