某連續(xù)梁橋地震反應(yīng)譜分析

王 強(qiáng)

(天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系，天津 300240)

0 引言

本文以某連續(xù)梁橋為研究對象，通過Midas Civil有限元軟件建立三維空間計算模型，對某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋進(jìn)行了橋梁地震反應(yīng)譜特性分析，從中得出一些有益的結(jié)論。

1 工程實例模型概況

某橋為一聯(lián)十二跨的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，橋址區(qū)地質(zhì)表層主要為粉土，砂土，深層主要為泥巖和砂巖。梁的底面為曲線變化，線性為1．6次拋物線，橋梁的結(jié)構(gòu)為48 m+10×80 m+48 m，共13個橋墩，中間7號橋墩為本橋的制動墩，本橋部分立面圖如圖1所示，箱梁截面變化圖如圖2所示。

圖1 部分立面示意圖

圖2 箱梁橫斷面（單位：cm）

2 樁—土結(jié)構(gòu)相互作用分析方法和結(jié)構(gòu)模型建立

本文采用“m法”模擬樁土相互作用，此法是一種常用的模擬樁基靜力的方法，在設(shè)計單位經(jīng)常采用，在建模時，依據(jù)本橋結(jié)構(gòu)的特點，采用三維梁單元離散橋梁的主題結(jié)構(gòu)，包括橋墩、主梁、樁基和承臺等，用土彈簧模擬樁—土的相互作用。在模型當(dāng)中，結(jié)構(gòu)二期恒載，等重量轉(zhuǎn)化為等效線質(zhì)量施加在模型上。土的比例系數(shù)m按鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范［6］取值，土層風(fēng)化的泥巖和砂巖的比例系數(shù)可以按堅硬土來取值，取m=50 000 kN/m4。模型的邊界條件樁土作用用節(jié)點彈性支撐來模擬，支座用主從節(jié)點來模擬，單向活動支座具有豎向轉(zhuǎn)動和單一滑移性能;固定支座僅具有豎向轉(zhuǎn)動性能。本文采用兩種模型來進(jìn)行模擬，不考慮樁土相互作用的模型A，將墩第固結(jié)，如圖3所示，另一種采用需要考慮樁土之間的作用力模型，建立模型B，如圖4所示。

3 反應(yīng)譜的選擇

據(jù)本橋橋址區(qū)地址場地類型可得出橋址處的設(shè)計反應(yīng)譜曲線如圖5所示。

圖3 模型A

圖4 模型B

圖5 設(shè)計反應(yīng)譜

4 反應(yīng)譜分析結(jié)果

為簡化計算，進(jìn)行模擬地震力時，只模擬地震力水平兩個方向的組合，不模擬地震的豎向作用力，分別對兩種模型地震反應(yīng)進(jìn)行模擬，見表1。

表1 反應(yīng)譜分析模型和輸入地震力模式

表2 墩頂位移差值 mm

為了確保計算的精準(zhǔn)度，采用平方和開方法的反應(yīng)譜進(jìn)行組合，取振型的前300階進(jìn)行疊加，水平兩個方向的振型參與因子的和均達(dá)到90%以上，表2～表6為各墩墩頂位移差值，跨中位移差值，支座剪力計算結(jié)果和墩底內(nèi)力計算結(jié)果。

表3 各跨跨中位移差值 mm

表4 支座內(nèi)力計算結(jié)果 kN

表5 模型A各墩墩底內(nèi)力

5 結(jié)語

1)從表2，表3計算結(jié)果可以分析出來:對于橋墩的墩頂位移，無論是DX向還是DY向，模型A的位移都要比模型B的要小，原因在于模型A在墩底直接添加約束邊界條件，而模型B考慮了樁土之間的作用力，且樁周圍的土在地震水平荷載條件下也要發(fā)生變形，從而引起墩頂位移的加大;

表6 模型B各墩墩底內(nèi)力

2)由表中數(shù)據(jù)可以看出:位于最中間的橋墩制動墩墩底的Fx向剪力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他橋墩，由此可以得出:在地震水平荷載作用條件下，制動墩主要承擔(dān)橋梁上部結(jié)構(gòu)所引起的Fx向剪力;

3)由計算結(jié)果可以看到:Fy向剪力各墩比較平均，這是由于橋梁支座為單向滑動的支座，模擬時要約束住Fy向的自由度。因此各墩共同承擔(dān)這個方向的剪力;

4)由表4可以看出:無論是模型A還是模型B，橋墩中的制動墩承擔(dān)了支座的縱向剪力;

5)由表5，表6可以看出:模型A和模型B中的My向彎矩也主要由橋墩中的制動墩承擔(dān)。

綜上分析可以得出，在我們對橋梁進(jìn)行分析過程中，尤其是在地震反應(yīng)分析中，結(jié)構(gòu)樁—土之間的作用一定要考慮，這樣能夠更細(xì)致的模擬真實情況，為橋梁的設(shè)計和研究做出一定的貢獻(xiàn)。

［1] 林萬杰．大跨長聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋地震反應(yīng)分析［D］．成都:西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006．

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