双薄壁墩连续刚构桥抗震分析

2016-12-16张滔

城市道桥与防洪 2016年11期

关键词：刚构桥墩柱震动

张滔

（1.同济大学，上海市 200092；2.天津城建设计院有限公司，天津市 300122）

双薄壁墩连续刚构桥抗震分析

张滔

（1.同济大学，上海市 200092；2.天津城建设计院有限公司，天津市 300122）

对西藏昌都双薄壁墩连续刚构桥的动力特性进行了分析，并按照规范选取3条E2地震加速度时程曲线对桥梁结构进行抗震性能分析。

双薄壁刚构；抗震；动力特性；反应谱；时程分析

1　工程介绍

西藏昌都县生格村北大桥位于昌都县南侧，南北横跨澜沧江，桥址区西岸为生格村，东岸为农科所，是连接生格村和农科所及达因卡片区的重要交通枢纽工程（见图1）。

图1　生格村大桥效果图

桥梁墩位线与现状河道基本正交，桥梁结构型式采用三跨连续预应力混凝土刚构桥，跨径布置为45m+80m+45m＝170m，桥梁总宽23m，分为上下行两幅。

上部结构采用现浇预应力混凝土变截面箱梁结构，每幅桥箱梁设计为单箱单室断面，箱梁顶面宽10.75m，底面宽5.75m，为满足桥面横向布置和减轻自重，箱梁顶面翼缘板设置成1.5%的单向横坡。

2　动力特性分析

将模型中带有质量块的荷载转化为质量后[1]，定义振型分析，采用Midas有限元模型计算了桥梁前50阶振型，桥梁前10阶振型的周期与特点见表1，前10阶振型见图2。

表1　动力特性

图2　振型图

由表1和图2可知，桥梁第一阶振型周期为1.363s，由于受到墩柱高度的的影响，桥梁结构刚度较大。前50阶振型结果表明，顺桥向振型参与质量为98.54%，横桥向振型参与质量为96.98%，均满足规范要求。

3　反应谱分析

抗震设防参数：桥区抗震设防烈度为7度，地震动峰值加速度0.10g，地震动反应谱特征周期为0.45s。根据《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 166-2011)的相关规定，该工程桥梁属于乙类桥，抗震设计方法采用A类，E1地震调整系数为0.61，E2地震调整系数为2.2。表2为反应谱参数。

表2　反应谱参数

仅对E2地震作用的桥梁结构地震响应进行计算，其得到的E2地震作用的设计加速度反应谱曲线如图3所示。

图3　E2地震动加速度反应谱

采用反应谱分析法进行昌都桥的抗震计算，振型组合方法采用CQC方法[2]。提取桥墩以及桩底的反应谱地震响应分析结果（见表3、表4）。

4　时程分析

采用RSCTH程序，生成对应的三条E2地震加速度时程曲线，如图4所示。

表3　E2地震动桥墩地震响应（与恒载组合）

表4　E2地震动单桩地震响应（与恒载组合）

图4　E2地震动加速度时程曲线

采用非线性时程分析法进行西藏昌都县生格村北大桥的抗震计算，提取桥墩以及桩底的地震响应分析结果，其中非线性时程分析结果选取三条E2地震作用下地震响应的最大值作为代表值。地震响应结果见表5、表6。

表5　E2地震动桥墩地震响应（与恒载组合）

表6　E2地震动单桩地震响应（与恒载组合）

5　抗震验算

5.1抗弯承载力验算

依据规范[3]第7.1.1节“在E2地震作用下，延性构件（墩柱）可发生损伤，产生弹塑性变形，耗散地震能量，但延性构件（墩柱）的塑性铰区域应具有足够的塑性变形能力”。验算方法为计算桥墩以及桩基础的P-M-φ曲线，验算E2地震作用下桥梁结构中桥墩以及桩基础等结构的弯矩地震响应计算结果小于桥墩以及桩基础截面的等效屈服弯矩。

使用Midas程序自带的弯矩-曲率曲线模块建立桥墩以及单桩截面的纤维单元截面，通过进行截面的弯矩-曲率分析得到桥墩以及桩基础的钢筋等效屈服弯矩。桥墩以及桩基础纤维截面分别见图5、图6。桥墩及桩基抗弯性能验算结果见表7、表8。