多跨T型連續梁橋抗震性能研究

李永權

摘要：本文以四跨T形連續梁橋為工程背景，利用Midas Civil空間有限元分析軟件建立結構有限元動力分析模型，并對該橋的地震響應和抗震性能進行分析，為同類橋梁的抗震設計提供借鑒。

關鍵詞：連續梁橋；地震響應；抗震性能；有限元分析

中圖分類號： U448.21+2 文獻標識碼：A

1 橋梁概況

依托工程為4孔40米T形連續梁橋，主橋全長160m。單幅橋寬均為12m。墩高15

2 有限元模型的建立

依據設計資料，采用Midas Civil空間有限元分析軟件建立結構動力特性和地震反應的三維有限元模型。計算模型均以順橋向為X軸，橫橋向為Y軸，豎向為Z軸。邊界條件為：按實際模擬主墩，1號墩和2號墩與主梁固結，按實際模擬樁基，采用土彈簧模擬樁基與土的相互作用；0號橋臺、3號橋臺處設盆式橡膠支座，采用彈性連接模擬支座的約束情況。

3抗震設防標準與設計反應譜

依據《公路橋梁抗震設計細則》（JTG/T B02-01-2008）對橋梁抗震設防類別的分類，該橋的抗震設防類別為B類，其抗震設防目標如表1所示。

表1設防水準和抗震性能目標

抗震設防水準 設防目標

50年超越概率63％（小震） 一般不受損壞或不需修復可繼續使用

50年超越概率2％（大震） 應保證不致倒塌或產生嚴重結構損傷，經臨時加固后維持應急交通使用

(a) E1地震反應譜（b）E2 地震反應譜

圖2水平向地震反應譜

B類橋梁必須進行E1地震作用和E2地震作用下的抗震設計，E1 和E2地震作用對應的超越概率分別為50年超越概率63%（重現期100年）和50年超越概率2%（重現期約2000年）。根據工程場地的地震動參數和場地條件，本依托工程E1和E2水平設計地震動加速度反應譜（阻尼比為0.05）如圖2所示。

4 地震作用反應分析

根據結構動力計算模型，采用多振型反應譜分析方法對主橋在E1地震作用下的結構反應進行分析，采用時程分析法對E2地震作用下的結構反應進行分析。在反應譜分析中，為保證計算精度，在按振型疊加法計算結構的最大地震反應時，考慮的振型階數均在計算方向獲得90%以上的有效質量，振型組合采用CQC法。

4.1E1地震作用下橋梁抗震性能驗算

在永久作用和E1地震作用下，對橋墩各控制截面進行抗震性能驗算，驗算結果表明各控制截面均滿足抗彎承載力，驗算結果表1和表2。

表1順橋向各橋墩關鍵截面抗震性能驗算

墩號 截面位置 最不利軸力（kN） 地震彎矩（kN.m） 初始屈服彎矩（kN.m） 能力

需求比 驗算

結果

4號墩 墩底 17977 36206 71689 1.98 彈性

5號墩 墩底 24257 37789 79389 2.10 彈性

6號墩 墩底 21593 38403 61726 1.61 彈性

7號墩 墩底 15896 33447 38391 1.15 彈性

表2橫橋向各橋墩關鍵截面抗震性能驗算

墩號 截面位置 最不利軸力（kN） 地震彎矩（kN.m） 初始屈服彎矩（kN.m） 能力

需求比 驗算

結果

4號墩 墩底 17910 42534 92830 2.18 彈性

5號墩 墩底 24142 52199 103342 1.98 彈性

6號墩 墩底 21537 38186 98277 2.57 彈性

7號墩 墩底 15875 27193 77928 2.87 彈性

4.2E2地震作用下橋梁抗震性能驗算

在永久作用和E2地震作用下，對進入塑性工作狀態的橋墩進行塑性鉸區容許轉角驗算，計算結果見表3和表4。

表3順橋向塑性鉸區容許轉角驗算

墩號 截面位置 塑性轉角需求

（rad/m） 容許塑性轉角

（rad/m） 能力需求比 驗算結果

4號墩 墩底 0.00027 0.044 163.0 滿足

5號墩 墩底 0.00036 0.045 125.6 滿足

6號墩 墩底 0.00091 0.009 9.9 滿足

7號墩 墩底 0.003 0.013 4.3 滿足

表4橫橋向塑性鉸區容許轉角驗算

墩號 截面位置 塑性轉角需求

（rad/m） 容許塑性轉角

（rad/m） 能力需求比 驗算結果

4號墩 墩底 0.00021 0.034 161.9 滿足

5號墩 墩底 0.00026 0.035 134.6 滿足

6號墩 墩底 0.00035 0.009 25.7 滿足

7號墩 墩底 0.00042 0.0096 22.8 滿足

5小結

通過對本橋下部結構進行抗震分析，計算結果表明，本橋主墩和樁基強度滿足規范要求。在E1地震作用下，橋墩、樁基礎在均保持為彈性工作狀態，滿足“小震不壞”的性能目標要求。在E2地震作用下，橋墩墩底截面均已屈服，通過對潛在塑性鉸區域截面的塑性轉動能力驗算可知，塑性轉動能力滿足設計要求，滿足“大震不倒”的性能目標要求。

參考文獻

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[4]GB18306-2001中國地震動參數區劃圖[S].北京: 中國標準出版社, 2001