連續(xù)剛構(gòu)橋的抗震模擬與研究

（福建船政交通職業(yè)學(xué)院， 福建 福州 350004）

地震是地球地殼急劇破裂，將內(nèi)部的能量迅速釋放出來，進而引起地面的的振動以及伴生的地面裂縫和變形。隨著科技的發(fā)展，橋梁建造工藝水平的不斷提高，技術(shù)力量大幅進步，建造連續(xù)剛構(gòu)橋的橋墩高度也成為技術(shù)突破的重心。連續(xù)剛構(gòu)橋的受力狀態(tài)和結(jié)構(gòu)安全性成為橋梁建造行業(yè)的重要目標[1]。

1 連續(xù)剛構(gòu)橋的特點

連續(xù)剛構(gòu)橋的墩梁之間相互固結(jié)，是我國最常見的梁橋，其固結(jié)方式主要是在主梁和橋墩墩頂之間進行。由于連續(xù)剛構(gòu)橋這種獨特的結(jié)構(gòu)方法，所產(chǎn)生的受荷載作用會減小跨中正向彎矩，同時會減少對應(yīng)的上部結(jié)構(gòu)所需的混凝土需求，進一步把將橋梁變成變截面。

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋是指在預(yù)先張拉橋梁梁體中的預(yù)埋預(yù)應(yīng)力鋼束或鋼筋，屬于連續(xù)梁橋的一種[2]。這種設(shè)計方式會使橋跨越能力增大，降低了橋梁的施工難度，降低建造成本，同時橋梁的養(yǎng)護難度大大降低，行車更為順暢。

在連續(xù)剛構(gòu)體系中，橋梁本身結(jié)構(gòu)受力較為的復(fù)雜，一方面彎矩和剪力對梁進行作用，另一方面彎矩和剪力也會對橋墩產(chǎn)生較大的影響[3]?，F(xiàn)有技術(shù)一般會通過使用柔性墩的方式，以降低荷載對橋梁整體結(jié)構(gòu)的沖擊，同時對橋梁各部分的位移設(shè)定一定的范圍，允許范圍內(nèi)的位移出現(xiàn)，使得對橋梁結(jié)構(gòu)的受力分析更加合理。

2 橋梁自振模態(tài)分析

采用 Midas/civil有限元分析軟件進行分析是現(xiàn)有結(jié)構(gòu)工程分析比較認可的分析方式，本文建立連續(xù)剛構(gòu)橋的有限元分析模型并對其進行抗震分析，在建立橋梁抗震分析模型時；

在 Midas/civil分析過程中一般對連續(xù)剛構(gòu)橋采用梁單元的方式，這種分析方式可以能夠準確的模擬結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、剛度、預(yù)應(yīng)力和邊界約束，反映出結(jié)構(gòu)真實受力狀態(tài)，使得分析結(jié)果對現(xiàn)實受力情況進行真實的還原，確保模擬結(jié)果的準確。

有限元模型的建立，邊跨約束采用一般支承，墩梁連接采用剛性連接，墩底為一般支承里的固接。模型荷載包括：自重、二期荷載和預(yù)應(yīng)力。為了便于分析，分別將主梁邊跨、中跨的中部和根部從左至右編號為1—7；橋墩從左至右編號為1#、2#墩。

在模擬分析過程中，采用多重Rite向量法對橋梁結(jié)構(gòu)自振模態(tài)進行分析，通過設(shè)置10階振型數(shù)量，每一步中分析迭代次數(shù)為20次，子空間大小為1，收斂誤差為1E-10。使用有限元軟件對模型及受力方式進行計算，對橋梁結(jié)構(gòu)的10階振型周期、頻率和振型表現(xiàn)形式結(jié)果進行統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 橋梁自振頻率

從上表可以發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的第一階和第二階振型都表現(xiàn)在橫橋向，分別為一階正對稱和二階反對稱；第三階振型表現(xiàn)為縱向二階反對稱漂移，對順橋向質(zhì)量提升有明顯影響；橋梁結(jié)構(gòu)的自振周期為 5.47s，在 10階振型中，橋梁結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)形式以側(cè)彎為主，說明該橋梁豎向剛度較強。

3 橋墩地震響應(yīng)分析

為分析橋墩在地震過程中的地震動力響應(yīng)，對地震作用下橋梁結(jié)構(gòu)中各截面的內(nèi)力和位移反應(yīng)情況進行分析，采用恒載（自重+二期荷載+預(yù)應(yīng)力）與最不利荷載組合（地震作用+恒載）進行比較。將1#、2#橋墩墩底墩頂和7個主梁截面作為分析對象，對其對應(yīng)位置和受力狀態(tài)進行了定義。

表2 墩底內(nèi)力

表3 墩底位移

表 2為橋墩墩底在自重、二期荷載、預(yù)應(yīng)力與地震作用組合下的內(nèi)力值，可以分析得到：橋墩墩底在地震作用與恒載作用下軸力比恒載作用下小了8.85%；剪力Fy和彎矩Mx由于橫橋向地震的輸入增漲趨勢明顯增加，橫橋向的剪力受地震作用的影響要小于順橋向。

表3列出了橋墩墩頂位移數(shù)值，在恒載作用下1#橋墩墩頂位移的偏移傾向于x軸的正向，2#墩頂位移則與1#相反，向x軸的負方向進行偏移，這一結(jié)果表明橋墩傾向內(nèi)側(cè)；同時對地震作用與自重、二期荷載、預(yù)應(yīng)力作用分析，兩個橋墩的側(cè)向位移都傾向x、y軸的正向，順橋向和豎橋向位移絕對值小于橫橋向，說明該橋的順橋向和豎橋向的剛度較強與橫橋向，地震發(fā)生時受影響的程度較小。

4 模擬分析及討論

模擬分析中對橋梁結(jié)構(gòu)使用多重Ritz向量法進行了自振模態(tài)分析，從模擬結(jié)果可以得出，在橋的10階振型中，橋梁結(jié)構(gòu)以側(cè)彎為主，這一結(jié)果可以解釋為豎橋向剛度較其他方向大，具體表現(xiàn)為該橋橋梁的橫向剛度較弱，同時豎橋向較水平方向振型增長速度較慢，振型出現(xiàn)次數(shù)不高。

通過模擬，比較分析了橋墩在自重、二期荷載、預(yù)應(yīng)力與地震作用下墩底內(nèi)力和墩頂位移，對模擬的結(jié)果分析得到，在地震荷載作用下，地震對墩底截面水平向效應(yīng)大于順橋向，順橋向小于橫橋向，豎橋向荷載主要由自重、二期荷載和預(yù)應(yīng)力提供；墩頂位移的偏移傾向于 x軸的正向，而順橋向和豎橋向位移絕對值小于橫橋向，說明該橋的順橋向和豎橋向的剛度較強與橫橋向，地震發(fā)生時受影響的程度較小。

[1]王振宇. 基于PUSH-OVER分析方法的混凝土曲線梁橋抗震性能分析[D].長安大學(xué),2011.

[2]王立榮.大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋地震反應(yīng)分析[J].建設(shè)科技,2015(23):98-99.

[3]羅方颶. 預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土梁施工期結(jié)構(gòu)性能研究[D].重慶大學(xué),2016.