大跨矮墩连续刚构地震响应分析
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大跨矮墩连续刚构地震响应分析 陈礼榕 （福建省交通规划设计院，福建福州３５０００４） 【摘要】 洋里特大桥是福州长乐国际机场高速公路二期工程控制性的构造物，其主桥高跨比较小。 通过对洋里特大桥主桥的地震响应分析，总结出大跨矮墩刚构箱梁下部结构控制抗震设计、下部结构横向刚 度不宜过大等结论，以期对同类桥梁设计起到较好的借鉴作用。 【关键词】矮墩刚构；地震响应；反应谱法；延性设计 【中图分类号】ｕ４４２．５ ５ 连续刚构桥具有整体刚度大、后期养护费用少，施工方 便等优点，在我国公路工程得到广泛应用。这类桥桥墩多采 用双肢薄壁等柔性墩，抗推刚度较小，能有效减少温度、混凝 土收缩徐变和地震的影响，但它的应用也受到联长和墩高的 制约…。 １工程概况 洋里特大桥是福州长乐国际机场高速公路控制性的重 要构造物，其位于福州市晋安区，场区属冲海积平原地貌，地 势平坦，地形开阔，地表为民用建筑和耕植地。洋里特大桥 【文献标识码】Ａ 总长１ ６３１．５ ｍ，主桥采用（１００＋１６８＋１００）１１３变截面连续刚 构箱梁，１号刚构墩墩高为ｌ５．７ ｍ，高跨比仅为１：１０．７，主 桥布置见图１。 洋里特大桥属大型公路桥梁，桥址位于华南沿海地震带 北段和台湾海峡地震带西段。台湾海峡地震带和华南沿海 地震带是我国大陆地区地震活动性最强的地震带之一，历史 上曾发生过多次破坏性地震。为确保主桥在地震作用下有 足够的抗震性能，对主桥结构进行地震响应分析。
图１主桥桥跨布置 ２抗震设防标准与计算参数 根据《洋里特大桥工程地质评价综合图表》，洋里特大桥 主桥桥址处淤泥层较厚，厚度超过２０ ｍ，工程场地类型为Ⅲ 类，抗震设防烈度为７度，地震动峰值加速度为０．１０ｇ，地震 动反应谱特征周期值为０．５５ Ｓｏ， 根据《公路桥梁抗震设计细则》（ＪＴＧ／Ｔ Ｂ０２—０１— ２００８），洋里特大桥主桥的抗震设防类别为Ａ类。竖向地震 动加速度峰值取为相应的水平地震动加速度峰值的１／２，其 谱形参数与水平向的谱形参数相同。设计反应谱参数取值 见表１。 １２２ 表１设计反应谱参数取值 反应谱特 地震动加 地震作用 Ｃｉ Ｃ Ｃ ｄ 征周期（ｓ） 速度峰值 Ｅ１ １．Ｏ １．３ １．Ｏ ０．５５ ０．１ｇ Ｅ２ １．７ １．３ １．Ｏ 注：①Ｃ．为抗震重要性系数；②ｃ 为场地系教；③Ｇｄ为阻尼调 整系数。 ［收稿日期］２００９—０８一ｏ４ ［作者简介］陈礼榕（１９８１一），男，福建福州人，工学硕 士，工程师，研究方向为大跨径桥粱结构行为。 、 四川建筑第３０卷§期２０１０．
０６ ３主桥空间有限元模型的建立 利用大型结构分析软件ＭＩＤＡＳ ７．４，建立洋里特大桥主 桥空间动力计算模型，采用有限元方法进行地震响应分析。 在计算模型中，主梁、桥墩、承台及桩基础均采用三维梁单元 模拟。桩一土结构相互作用中必须考虑与应变水平有关的 土壤性质，桩基周围土的约束作用可以用等代土弹簧来模 拟 Ｊ。在主桥动力计算模型中，约束和边界条件处理为：对 于边墩的ＧＰＺ盆式支座，采用刚性连接单元模拟，纵桥向铰 接，横桥向和竖向固结；采用刚性连接单元模拟墩一梁固结。 ４结构地震响应分析 采用多振型反应谱分析方法对洋里特大桥主桥分别在 Ｅ１和 地震作用下的结构反应分别进行计算分析。在反 应谱分析中，为保证计算精度，按振型叠加法计算结构的最 大地震响应时，考虑的振型阶数均在计算方向获得９０％以上 的有效质量，振型组合采用ＣＱＣ法。 大跨连续刚构箱梁上部结构箱梁刚度大，不控制抗震验 算，故主要分析下部结构的地震响应。 ４．１ Ｅ１地震作用响应分析 根据《公路桥梁抗震设计细则》（ＪＴＧ／Ｔ Ｂ０２—０１— ２００８）和《公路桥涵设计通用规范》（ＪｒＩ＇Ｇ Ｄ６０—２００４），最不 利地震响应内力与成桥阶段内力进行组合，经比较分析，纵 向地震作用控制桥墩抗震设计，桩基在横向组合地震响应内 力较大。具体计算结果如表２和表３所示 表２主墩墩身抗震强度验算结果 轴力 赘力 弯矩 计算强 位置 实际配筋 （ｋＮ） （ｋＮ） （ｋＮ・ｍ） 度配筋 墩顶截面 ４２７３２ ｌｏ３７ｌ ８３５６４ ２１６４，３２ ２８４４，３２ １号主墩 墩底截面 ４８２５５ ｌＯ６２７ ８２５９３ ２０ｏ４，３２ ２８４４，３２ 墩顶截面 ４３５３８ ９３４８ ８４１Ｏ５ ２１８４，３２ ２８４４，３２ ２号主墩 墩底截面 ４９７Ｏ１ ９６３４ ８３１５１ ２０１４，３２ ２８４４，３２ 表３主墩桩基抗震强度验算结果 轴力 剪力 弯矩 计算强 位置 实际配筋 （ｋＮ） （ｋＮ） （ｋＮ・ｍ） 度配筋 桩顶截面 ５ｌＯ２ ｌ７８０ ４５８７ ０４，３２ ７２４，３２ １号主墩 弯矩最大截面 ６３２４ ８２４ ７４６５ １４，３２ ７２５３２ 桩顶截面 ７１６９ ｌ６５Ｏ ４４１７ ０４，３２ ７２４，３２ ２号主墩 弯矩最大截面 ８３９１ ５８５ ８Ｏ７６ ２４，３２ ７２４，３２ 由表２、表３可知，Ｅｌ地震作用下，主墩和桩基强度均满 足规范要求；桩基强度富余较多，不控制设计。 ４．２ Ｅ２地震作用响应分析 在Ｅ２地震作用下，主墩进入较明显弹塑性状态；按照抗 震设防目标的要求，此时应保证整体结构在Ｅ２地震时只产 生有限损伤，需要对各桥墩的变形能力（主要是延性）和桩基 础的强度进行验算。桥墩的变形能力验算通常采用截面肘 一西分析方法。为了保证Ｅ２地震作用下主墩具有足够的延 性 应按下式检算各墩潜在塑性铰区截面的塑性转动能力： ０ｐ≤ ／Ｋ 式中： 。为Ｅ２地震动作用下桥墩潜在塑性铰区截面的 塑性转角； 为安全系数，取Ｋ＝２．０。表４为各墩变形能力 的验算结果。 襄４主墩变形能力验算 塑性转角 塑性转动能力 截面位置 验算结果 （ｔａｄ） （ｍｄ） 墩顶 ０．０ｏ３４ ０．Ｏ０７８ 满足 ｌ号主墩 墩底 ｎ ０ｏ３５ ｎＯＯ７８ 满足 墩顶 Ｏ．ｏ０３２ ０．ｏ０７８ 满足 ２号主墩 墩底 ０．０ｏ３４ Ｏ．０ｏ７８ 满足 由表４可知，洋里特大桥主桥桥墩的变形能力均能满足 Ｅ２地震动作用下的位移需求。经计算分析，桩基强度不控 制抗震验算。 洋里特大桥主桥０号和３号交界墩顶均设有单向活动 和多向活动球形钢支座各一个，其纵向容许位移［ ］＝２００ ＩＴｌｎ＇ｌ。Ｅ２地震作用下的支座位移验算，验算结果如表５所列。 表５ Ｅ２地震作用下支座位移验算（单位：ｍｍ） 支座位置 ［Ｘ。］ 验算结果 ０号墩顶 １４ｌ ２０ｏ 满足 ３号墩顶 １４８ ２ｏ０ 满足 由表５可知，在Ｅ２地震动作用下，主桥两侧交界墩上设 置的盆式支座的位移能力均满足抗震要求。 ５结论 连续刚构桥采用柔性墩，能有效减少温度、混凝土收缩 徐变和地震的影响，但它的应用受墩高的制约。大跨矮墩连 续刚构箱梁高跨比较小，下部结构控制抗震设计。洋里特大 桥采用反应谱法进行地震响应分析，在Ｅ１和Ｅ２地震作用 下，结构强度满足规范要求；在Ｅ２纵桥向地震作用下主墩进 入弹塑性状态，需进行延性设计；本桥主墩桩基采用纵向双 排６根群桩基础，下部横桥向刚度大，桩基的横向地震响应 内力较大。 参考文献 ［ｉ］ 陈福寿．矮墩连续刚构桥的实现［Ｊ］．公路，２００４（６）：８４—８６ ［２］陈礼榕．大跨刚构拱桥的组合有限元计算分析研究［Ｄ］．西南 交通大学，２００５ 四川建筑第３０卷３期２０１０．０６
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