徐騰飛

摘要 為充分了解曲線梁橋地震響應(yīng)特性，文章以沭陽(yáng)縣淮河大道互通A匝道橋?yàn)楣こ瘫尘?，采用橋梁博士V4.4.1軟件建立了計(jì)算模型并進(jìn)行時(shí)程分析，研究分析了高阻尼減隔震橡膠支座以及地震動(dòng)輸入角度對(duì)曲線梁橋抗震性能的影響。結(jié)果表明，采用高阻尼減隔震橡膠支座后，有效提高了結(jié)構(gòu)安全性及整體抗震性能；橋墩墩頂縱向位移、墩底彎矩隨著地震動(dòng)輸入角度的增加均呈先升后降的趨勢(shì)；同一地震動(dòng)輸入角度工況下，邊墩墩頂縱向位移、墩底彎矩均比中墩大。分析過(guò)程以及所得結(jié)果可為同類(lèi)橋梁提供參考。

關(guān)鍵詞 曲線梁橋；減隔震；地震動(dòng)輸入角度；時(shí)程分析

中圖分類(lèi)號(hào) U441.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）06-0069-04

0 引言

鑒于城市發(fā)展空間需求，曲線梁橋因其外形美觀、適用性強(qiáng)，在城市立交互通的占比越來(lái)越高，但受整體曲率效果影響，使得曲線梁橋相比于直線梁橋空間受力更為復(fù)雜，地震破壞更為顯著。近年來(lái)，減隔震研究、設(shè)計(jì)成果已逐步應(yīng)用于橋梁工程建設(shè)，但大部分針對(duì)直線梁橋，曲線梁橋減隔震控制方法的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際工程需要。

該文以沭陽(yáng)縣淮河大道互通A匝道橋?yàn)檠芯勘尘?，采用“非線性動(dòng)力時(shí)程分析方法”研究分析了高阻尼減隔震橡膠支座（以下簡(jiǎn)稱(chēng)減隔震支座）以及地震動(dòng)輸入角度對(duì)曲線梁橋抗震性能的影響，可為同種類(lèi)型橋梁的減隔震設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

沭陽(yáng)縣淮河大道互通A匝道橋共計(jì)9聯(lián)，橋梁全長(zhǎng)714 m，其中第6聯(lián)平面位于R=120 m圓曲線上，曲率半徑最小，因此選取該橋第6聯(lián)為計(jì)算聯(lián)，第5聯(lián)、第7聯(lián)為邊界聯(lián)進(jìn)行抗震分析。第6聯(lián)上部結(jié)構(gòu)采用3×20 m

鋼筋混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，斜腹板單箱單室截面，梁頂寬10.2 m，梁底寬4 m，梁高1.5 m；下部結(jié)構(gòu)采用花瓶墩接承臺(tái)群樁基礎(chǔ)，墩柱高度12～14.5 m，地質(zhì)條件：承臺(tái)以下樁基范圍內(nèi)分布著黏土、中粗砂土層，樁基持力層為中粗砂。該工程場(chǎng)地基本地震動(dòng)峰值加速度為0.15 g，地震基本烈度為7度，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅲ類(lèi)，特征周期值為0.65 s。依據(jù)《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 166—2011），由于采用減隔震支座，故該工程為非規(guī)則橋梁[1]。因此，該工程需采用“非線性動(dòng)力時(shí)程分析方法”，并建立空間桿系模型進(jìn)行橋梁抗震分析。限于篇幅僅示意出第5～7聯(lián)橋型立面布置圖，見(jiàn)圖1。

2 抗震分析計(jì)算模型

該文利用橋梁博士V4.4.1軟件建立模型（見(jiàn)圖2）進(jìn)行抗震分析時(shí)，選擇相鄰聯(lián)作為計(jì)算聯(lián)的邊界聯(lián)，對(duì)邊界條件進(jìn)行真實(shí)模擬，并將結(jié)構(gòu)自重、二期恒載轉(zhuǎn)換為質(zhì)量參與抗震分析。上部結(jié)構(gòu)與橋墩之間采用減隔震支座連接，其參數(shù)如表1所示。減隔震支座在施工分析及自振分析中均以“線性連接”定義（采用水平等效剛度）；在進(jìn)行抗震分析驗(yàn)算中，采用“非線性連接”定義（等效雙線性恢復(fù)力模型模擬）[2]。樁基考慮樁土共同作用，采用等代土彈簧模擬，彈簧剛度采用m法計(jì)算，在動(dòng)力分析中調(diào)整系數(shù)取為2。在進(jìn)行時(shí)程分析時(shí)，結(jié)構(gòu)阻尼比取0.05，采用瑞利阻尼。墩柱的計(jì)算高度與截面短邊尺寸之比大于8，故需考慮P-Δ效應(yīng)[3]。

由于該工程未做地震安全性評(píng)價(jià)，時(shí)程分析時(shí)可根據(jù)地震烈度和場(chǎng)地土類(lèi)別，得出相應(yīng)的反應(yīng)譜數(shù)據(jù)，并使用地震信號(hào)處理工具得出相匹配的地震加速度時(shí)程曲線，共計(jì)三條。在E2地震作用下進(jìn)行減隔震設(shè)計(jì)的非線性動(dòng)力時(shí)程分析時(shí)，分析結(jié)果選取三條地震加速度時(shí)程結(jié)果的最大值。三條水平地震波見(jiàn)圖3。

3 地震響應(yīng)分析

3.1 動(dòng)力特性分析

橋梁博士V4.4.1采用子空間迭代法進(jìn)行結(jié)構(gòu)的特征值求解以及振型分析。該工程取計(jì)算前50階振型，以成橋狀態(tài)為初始條件，對(duì)建立的計(jì)算模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析，前5階振型分析結(jié)果如表2所示。結(jié)果表明，采用減隔震支座后，結(jié)構(gòu)的基本周期延長(zhǎng)，避開(kāi)了場(chǎng)地特征周期。

3.2 減隔震效果分析

根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T 2231-01—2020）規(guī)定，采用減隔震設(shè)計(jì)的橋梁，可只考慮E2地震作用下的抗震設(shè)計(jì)和計(jì)算。但宜同時(shí)對(duì)相應(yīng)的非減隔震橋梁進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，檢驗(yàn)是否適合采用減隔震設(shè)計(jì)以及減隔震設(shè)計(jì)效果[3]。因此，對(duì)該工程計(jì)算聯(lián)分別采用減隔震支座和普通板式橡膠支座進(jìn)行對(duì)比分析，14#～17#橋墩的地震響應(yīng)結(jié)果如表3所示。由計(jì)算結(jié)果可知，墩底最不利彎矩采用減隔震支座僅有普通板式橡膠支座的65%左右，采用減隔震支座時(shí)的墩頂位移明顯小于采用普通板式橡膠支座時(shí)的墩頂位移。由此可知，減隔震支座可以有效改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。

3.3 地震動(dòng)輸入角度的影響分析

3.3.1 輸入角度的確定

地震響應(yīng)分析時(shí)，直線橋只需輸入縱橋向、橫橋向兩個(gè)方向的地震動(dòng)即可，而曲線橋則需分別考慮沿計(jì)算聯(lián)內(nèi)相鄰橋墩連線方向和垂直于連線水平方向進(jìn)行多個(gè)角度地震動(dòng)輸入，以確定最不利地震響應(yīng)[1]。

為了掌握地震動(dòng)輸入角度對(duì)曲線梁橋地震響應(yīng)的影響，結(jié)合計(jì)算模型，該文取計(jì)算聯(lián)內(nèi)相鄰橋墩連線與整體坐標(biāo)系X方向的夾角作為縱向地震動(dòng)的輸入角Φ，見(jiàn)圖4。計(jì)算聯(lián)共計(jì)三跨，因此選取6 °、16 °、26 °三個(gè)角度作為地震動(dòng)輸入角度。

3.3.2 輸入角度對(duì)墩頂位移的影響

按照6 °、16 °、26 °依次調(diào)整E2地震作用下地震動(dòng)輸入角，對(duì)三種角度對(duì)應(yīng)工況下計(jì)算聯(lián)14#～17#墩頂縱向位移進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)圖5。由計(jì)算結(jié)果可知，各墩的墩頂縱向位移隨著地震動(dòng)輸入角度的增加，均呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，峰值均出現(xiàn)在Φ=16 °時(shí)。另外，同一地震動(dòng)輸入角度工況下，邊墩墩頂縱向位移大于中墩墩頂縱向位移。

3.3.3 輸入角度對(duì)墩底彎矩的影響

同樣按照6 °、16 °、26 °依次調(diào)整E2地震作用下地震動(dòng)輸入角，對(duì)三種角度對(duì)應(yīng)工況下計(jì)算聯(lián)14#～17#墩底彎矩進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)圖6。由計(jì)算結(jié)果可知，各墩的墩底彎矩隨著地震動(dòng)輸入角度的增加，同樣均呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，峰值均出現(xiàn)在Φ=16 °時(shí)。另外，同一地震動(dòng)輸入角度工況下，邊墩承受的墩底彎矩要比中墩大。

4 結(jié)語(yǔ)

該文通過(guò)非線性動(dòng)力時(shí)程分析方法，結(jié)合沭陽(yáng)縣淮河大道互通A匝道橋工程實(shí)例，研究分析減隔震支座以及地震動(dòng)輸入角度對(duì)曲線梁橋抗震性能的影響，得到以下結(jié)論：

（1）該工程采用減隔震支座后，結(jié)構(gòu)的基本周期延長(zhǎng)，避開(kāi)了場(chǎng)地特征周期，明顯減小了橋墩控制截面最不利彎矩值以及位移響應(yīng)，有效提高了結(jié)構(gòu)安全性及整體抗震性能。

（2）橋墩墩頂縱向位移、墩底彎矩隨著地震動(dòng)輸入角度的增加均呈先升后降的趨勢(shì)；同一地震動(dòng)輸入角度工況下，邊墩墩頂縱向位移以及墩底彎矩均比中墩大。

參考文獻(xiàn)

[1]城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范： CJJ 166—2011[S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2011.

[2]黃潤(rùn). 采用摩擦擺式減隔震支座的小半徑曲線連續(xù)梁橋減隔震效果分析[J]. 福建交通科技， 2023（5）： 45-49.

[3] 公路橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范： JTG/T 2231-01—2020[S]. 北京：人民交通出版社股份有限公司， 2020.