龍門大橋主橋動(dòng)力及抗震分析

曾紅丁

摘 要：龍門大橋位于惠州市龍門縣，主橋?yàn)?0+90 m預(yù)應(yīng)力混凝土獨(dú)塔斜拉橋，本文采用有限元建模對(duì)龍門大橋主橋進(jìn)行動(dòng)力分析，確保橋梁抗震滿足規(guī)范。

關(guān)鍵詞：抗震分析;反應(yīng)譜;獨(dú)塔斜拉橋

中圖分類號(hào)：U448 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

我國(guó)處于世界上兩大地震帶（環(huán)太平洋地震帶與亞歐地震）之間，地震帶分布較廣，不同震級(jí)地震頻繁發(fā)生，造成了巨大損失。特別是汶川大地震后，國(guó)內(nèi)對(duì)橋梁抗震更加重視。獨(dú)塔斜拉橋因?yàn)槠淇缭侥芰?、造型美觀的優(yōu)勢(shì)在工程項(xiàng)目中越來(lái)越多的采用。斜拉橋常用的結(jié)構(gòu)體系有漂浮體系、半漂浮體系、塔梁固結(jié)體系、塔梁墩固結(jié)剛構(gòu)體系。獨(dú)塔斜拉橋常采用塔梁墩固結(jié)剛構(gòu)體系。剛構(gòu)體系有利于斜拉橋懸臂澆筑施工，但由于剛構(gòu)體系自身剛度大，自振周期小，在地震作用下往往會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)力。新版抗震規(guī)范要求B、C類斜拉橋、懸索橋其抗震設(shè)防目標(biāo)應(yīng)按A類橋梁進(jìn)行。本文采用有限元建模對(duì)龍門大主橋進(jìn)行抗震計(jì)算，可為類似項(xiàng)目提供參考。

1 工程背景及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

龍門大橋位于惠州市龍門縣。龍門大橋全長(zhǎng)610 m，其中橋梁長(zhǎng)580 m，主橋采用90+90 m預(yù)應(yīng)力混凝土獨(dú)塔斜拉橋，引橋采用30 m小箱梁。主橋采用雙索面混凝土主梁，塔、梁、墩固結(jié)體系。主梁采用混凝土雙主肋主梁（∏形截面）， 主梁標(biāo)準(zhǔn)斷面寬度41.5 m，主梁中心高度3.0 m，主肋中心線處梁高2.7 m。索塔采用“H”型索塔，平行直立塔柱。斜拉索采用280鋼鉸線拉索，空間扇形雙索面，拉索梁上標(biāo)準(zhǔn)間距為6 m。索塔基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，樁徑1.8 m，每個(gè)主塔基礎(chǔ)下共設(shè)12根樁。

橋址抗震基本烈度：6度，地震動(dòng)峰值加速度0.05g，抗震設(shè)防類別為B類。

2 動(dòng)力分析

龍門大橋抗震分析采用有限單元法，計(jì)算采MIDAS CIVIL 2020程序有限元計(jì)算模型均以順橋向?yàn)閄軸，橫橋向?yàn)閅軸，豎向?yàn)閆軸。橋梁上部結(jié)構(gòu)主梁、墩柱等采用空間梁?jiǎn)卧M，用連接單元模擬盆式支座并考慮樁-土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用時(shí)采用常用的樁土彈簧模型建立有限元?jiǎng)恿τ?jì)算模型。計(jì)算了龍門大主橋的動(dòng)力特性。圖1為主橋的前4階振動(dòng)的動(dòng)力特性。

采用里茲向量法求出的是與三個(gè)平動(dòng)地震動(dòng)輸入直接相關(guān)的前20階振型，X平動(dòng)、Y平動(dòng)、兩個(gè)方向的振型參與質(zhì)量分別是95%、95%，滿足我國(guó)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.3.3條規(guī)定：用多振型反應(yīng)譜法計(jì)算時(shí)，所考慮的振型除數(shù)應(yīng)在計(jì)算方向獲得90%以上的有效質(zhì)量。

3 地震動(dòng)輸入確定

擬建場(chǎng)地位于惠州市龍門縣。根據(jù)《公路工程抗震規(guī)范》）的有關(guān)規(guī)定，擬建場(chǎng)地抗震設(shè)烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值水平向Ah值為0.05g，豎向。根據(jù)場(chǎng)地類別及所屬的設(shè)計(jì)地震分組，《公路工程抗震規(guī)范》第5.1.4條確定場(chǎng)地設(shè)計(jì)特征周期為0.35 s。得其E1概率地震和E2概率地震的水平向加速度反應(yīng)譜曲線如圖2、圖3。

4 結(jié)構(gòu)反應(yīng)譜分析結(jié)果

根據(jù)圖2反應(yīng)譜曲線，考慮計(jì)算模型前20階振型，充分包絡(luò)各階振型，采用CQC組合分別計(jì)算重現(xiàn)期475年和重現(xiàn)期2000年兩種概率水平地震動(dòng)作用下的動(dòng)力響應(yīng)，對(duì)縱橋向和橫橋向兩種工況進(jìn)行計(jì)算。下面給出在E1、E2地震作用下橋墩、樁基在的內(nèi)力響應(yīng)圖。

5 橋塔關(guān)鍵截面驗(yàn)算

通過(guò)對(duì)控制截面塔根截面（361單元）、塔梁固結(jié)處截面（153單元），在地震作用E1、E2概率下計(jì)算可得，橋墩仍處于彈性階段滿足受力要求，見(jiàn)表1。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）本文對(duì)90+90 m獨(dú)塔斜拉橋進(jìn)行了抗震分析，獨(dú)塔斜拉橋橋墩控制部位是塔底、塔梁固結(jié)處及截面變化處，地震作用下，只需對(duì)上述位置橋進(jìn)行判斷，即可知橋墩是否進(jìn)入塑性。

（2）本橋抗震設(shè)防類別為B類，但按新版抗震規(guī)范要求B、C類斜拉橋、懸索橋其抗震設(shè)防目標(biāo)應(yīng)按A類橋梁進(jìn)行。即索塔在E2概率下需保持彈性狀態(tài)。經(jīng)分析本橋在E1、E2概率縱向、橫向地震作用下，橋墩各截面保持彈性，滿足震性能要求，且有較大的富余。

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