某連續梁橋地震反應譜分析

王 強

(天津鐵道職業技術學院建筑工程系，天津 300240)

0 引言

本文以某連續梁橋為研究對象，通過Midas Civil有限元軟件建立三維空間計算模型，對某預應力混凝土連續梁橋進行了橋梁地震反應譜特性分析，從中得出一些有益的結論。

1 工程實例模型概況

某橋為一聯十二跨的預應力混凝土連續梁，橋址區地質表層主要為粉土，砂土，深層主要為泥巖和砂巖。梁的底面為曲線變化，線性為1．6次拋物線，橋梁的結構為48 m+10×80 m+48 m，共13個橋墩，中間7號橋墩為本橋的制動墩，本橋部分立面圖如圖1所示，箱梁截面變化圖如圖2所示。

圖1 部分立面示意圖

圖2 箱梁橫斷面（單位：cm）

2 樁—土結構相互作用分析方法和結構模型建立

本文采用“m法”模擬樁土相互作用，此法是一種常用的模擬樁基靜力的方法，在設計單位經常采用，在建模時，依據本橋結構的特點，采用三維梁單元離散橋梁的主題結構，包括橋墩、主梁、樁基和承臺等，用土彈簧模擬樁—土的相互作用。在模型當中，結構二期恒載，等重量轉化為等效線質量施加在模型上。土的比例系數m按鐵路工程抗震設計規范［6］取值，土層風化的泥巖和砂巖的比例系數可以按堅硬土來取值，取m=50 000 kN/m4。模型的邊界條件樁土作用用節點彈性支撐來模擬，支座用主從節點來模擬，單向活動支座具有豎向轉動和單一滑移性能;固定支座僅具有豎向轉動性能。本文采用兩種模型來進行模擬，不考慮樁土相互作用的模型A，將墩第固結，如圖3所示，另一種采用需要考慮樁土之間的作用力模型，建立模型B，如圖4所示。

3 反應譜的選擇

據本橋橋址區地址場地類型可得出橋址處的設計反應譜曲線如圖5所示。

圖3 模型A

圖4 模型B

圖5 設計反應譜

4 反應譜分析結果

為簡化計算，進行模擬地震力時，只模擬地震力水平兩個方向的組合，不模擬地震的豎向作用力，分別對兩種模型地震反應進行模擬，見表1。

表1 反應譜分析模型和輸入地震力模式

表2 墩頂位移差值 mm

為了確保計算的精準度，采用平方和開方法的反應譜進行組合，取振型的前300階進行疊加，水平兩個方向的振型參與因子的和均達到90%以上，表2～表6為各墩墩頂位移差值，跨中位移差值，支座剪力計算結果和墩底內力計算結果。

表3 各跨跨中位移差值 mm

表4 支座內力計算結果 kN

表5 模型A各墩墩底內力

5 結語

1)從表2，表3計算結果可以分析出來:對于橋墩的墩頂位移，無論是DX向還是DY向，模型A的位移都要比模型B的要小，原因在于模型A在墩底直接添加約束邊界條件，而模型B考慮了樁土之間的作用力，且樁周圍的土在地震水平荷載條件下也要發生變形，從而引起墩頂位移的加大;

表6 模型B各墩墩底內力

2)由表中數據可以看出:位于最中間的橋墩制動墩墩底的Fx向剪力要遠遠大于其他橋墩，由此可以得出:在地震水平荷載作用條件下，制動墩主要承擔橋梁上部結構所引起的Fx向剪力;

3)由計算結果可以看到:Fy向剪力各墩比較平均，這是由于橋梁支座為單向滑動的支座，模擬時要約束住Fy向的自由度。因此各墩共同承擔這個方向的剪力;

4)由表4可以看出:無論是模型A還是模型B，橋墩中的制動墩承擔了支座的縱向剪力;

5)由表5，表6可以看出:模型A和模型B中的My向彎矩也主要由橋墩中的制動墩承擔。

綜上分析可以得出，在我們對橋梁進行分析過程中，尤其是在地震反應分析中，結構樁—土之間的作用一定要考慮，這樣能夠更細致的模擬真實情況，為橋梁的設計和研究做出一定的貢獻。

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