引橋對V形墩連續剛構橋地震響應的影響分析

謝修辭 徐永路

(1.武漢理工大學，湖北 武漢 430000； 2.成都建筑材料工業設計院，四川 成都 610000)

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引橋對V形墩連續剛構橋地震響應的影響分析

謝修辭1徐永路2

(1.武漢理工大學，湖北 武漢 430000； 2.成都建筑材料工業設計院，四川 成都 610000)

以海南省定海大橋為工程背景，采用時程分析法，對V形墩連續剛構主橋、僅使用抗震支座的主橋和聯入引橋的全橋三種情況分別進行時程分析，結果表明，引橋對V形墩連續剛構橋的影響大于抗震支座，即可以在引橋上做精細化設計來提升剛構橋的抗震能力。

連續剛構橋，地震響應，時程分析

V形墩連續剛構橋屬于多次超靜定結構，受力上同時具有連續梁和斜腿剛架的特點，相對比較復雜[1]。在進行時程分析時，若橋梁的計算模型較大，為保證計算效率，工程師們有時會忽略引橋對主橋的影響，然而引橋對主橋的影響是與全橋的結構形式有一定聯系的，并不是隨隨便便就可以忽略的。

1 工程概況

海南省定海大橋位于定安縣定城鎮西北角，是定安、海口、澄邁三市縣的交通要道。全橋分為左右兩幅，南北引橋及主橋三段。其主橋布置跨徑55 m+100 m+55 m，為預應力混凝土V形墩連續剛構橋，15號、16號墩為V形斜腿主墩；南引橋為預應力混凝土現澆連續箱梁結構，北引橋為預應力預制連續小箱梁拼裝結構。相關工程技術標準如下：

1)道路等級：一級公路兼城市主干道功能，雙向六車道,設計速度為60 km/h；2)橫斷面布置：橋梁標準斷面全寬29.5 m，分為上、下行分離的兩幅，單幅橋寬14.5 m，兩幅橋凈距0.5 m，人行道寬2.25 m，非機動車道寬3 m，機動車道寬8.25 m；3)地震：項目沿線場地地震設防烈度為8度，地震動峰值加速度為0.2g；4)橋梁抗震設防類別為B類，采用二級水準設防標準，即E1地震作用下的水平地震動峰值加速度Amax=0.066 3g，E2地震作用下的水平地震動峰值加速度Amax=0.367 3g。

根據定海大橋的上述工程實際情況，在Midas/Civil中建立大

橋的空間三維有限元動力分析模型，模型如圖1所示。

2 工況劃分

現對定海大橋分三種工況，采用Midas/Civil分別進行E2地震作用下的時程分析：

工況一：V形墩連續剛構主橋，使用8個盆式支座，4個GPZ(Ⅱ)3.5DX與4個GPZ(Ⅱ)3.5SX安裝在兩側過渡墩墩頂。

工況二：V形墩連續剛構主橋，使用8個型號為HDR(Ⅰ)-570×570×251-G1.2的高阻尼橡膠支座，設置在兩側過渡墩墩頂。

工況三：V形墩連續剛構主橋，使用8個盆式支座，4個GPZ(Ⅱ)3.5DX與4個GPZ(Ⅱ)3.5SX安裝在兩側過渡墩墩頂，并聯入南北引橋。

3 時程分析

時程分析是將地震記錄的實際地震波或人工合成的地震波加載到結構上，直接對結構的運動方程積分求解，并求得結構在地震時間歷程上任意時刻的地震響應的方法[2]。時程分析法可考慮結構的塑性特征，并能進行非線性分析[3]，本文因工況二中存在非線性抗震支座，故選擇采用此方法進行結構地震響應分析。

3.1 地震動輸入

時程分析的結果與地震動輸入直接相關，在進行動態時程分析時，首先要選擇合適的地震波。在地震波選取的原則上，業內普遍認為應以“地震動三要素”的調整作為控制條件，即采取比例調整的方法使地震動的峰值、頻譜特性和持時與規范規定相近[4,5]。現階段，按上述選波原則，常根據橋梁結構的建筑場地環境類別與抗震烈度，從典型的強震記錄與人工合成地震波中選擇一種作為地震動的輸入方式。在定海大橋的安評報告中已經提供了E1，E2水準下共14條人工合成地震波。本文根據公路橋梁抗震設計細則，現只對定海大橋進行E2水準作用下的時程分析，從E2水準作用下的地震波中選取圖2～圖4三條進行時程分析[6]。

3.2 時程分析結果

本文對定海大橋全橋進行E2地震作用一致激勵下縱向+橫向+0.5豎向地震動組合的非線性時程分析，內力值取三組組合中響應最大的為最終結果。14號、17號墩為過渡墩，15號、16號墩為V形斜腿主墩，在下文中將主要通過評判主橋14號～17號墩墩底的內力變化情況來確定引橋與抗震支座對地震響應的影響效果。三種工況下，四橋墩墩底內力分布情況如圖5～圖8所示。

從圖5～圖8可明顯看出，除了工況三過渡墩的面內彎矩有少量提升外，工況三的其他三種內力降低幅度都顯著大于工況二。在此也說明了，在地震發生時，引橋對主橋起到了一定的保護作用。

3.3 減震效果計算

將工況二、工況三分別對比工況一的分析結果，從而計算出工況二、三的減震效果，如表1所示，其中剪力與彎矩的單位依次為kN，×103kN·m。

表1 工況二、工況三減震效果統計表

表1中計算的是各工況下某一墩底某種內力的減震效果，其中有些內力得到了降低，但也有某些內力值卻提升了。為了方便表述工況二、三的減震效果，現運用公路橋梁抗震細則中各類橋梁的抗震重要性系數Ci來對表1中的減震率進行加權平均運算，以求得某種內力減震效果的綜合評判指標。該橋是B類橋梁，且現在進行的是E2地震作用下的時程分析，故將主墩的分項系數選定為1.7，過渡墩的分項系數選定為1.3。

綜合減震效果計算公式如下：

(1)

其中，ci為橋墩的分項系數；ρi為某工況下橋墩的減震率。

將表1中的減震率代入式(1)，求得工況二、三各種內力的綜合減震效果見表2。

表2 工況二、工況三綜合減震效果統計表 %

由表2可知，在墩底面內剪力、面內彎矩、面外彎矩三項指標上，考慮引橋聯入主橋的地震響應結果要比僅考慮抗震支座的效果好。另外，在面外剪力上，兩種情況的減震效果相當。

4 結語

對于V形墩連續剛構橋這種剛度較大的橋型，通過更換抗震支座來延長結構自振周期，從而避開地震卓越周期的辦法并不是非常好用，因為聯入的柔性構件并不能在結構面內有效降低剛構橋的剛度。而另一面，在地震作用下引橋對主橋是具有一定的保護作用的，對于V形墩連續剛構橋該橋型，有時引橋對主橋的減震效果遠遠優于抗震支座。因此，在大型剛構橋的地震響應分析中不能隨便忽略引橋的作用。當然，為增強剛構橋在地震中的抗震能力，以后也完全可以在引橋上進行一些精細化設計。

[1] 趙順波,劉世明,楊竹林.V形墩連續剛構橋的造型與結構方案設計研究[J].河南大學學報,2010,40(1):101-104.

[2] 范立礎.橋梁抗震[M].上海：同濟大學出版社，1997.

[3] 謝 旭.橋梁結構地震響應分析與抗震設計[M].北京：人民交通出版社，2005.

[4] 劉小林.大跨高墩連續剛構橋延性抗震分析[D].武漢：華中科技大學，2006.

[5] 龍曉鴻.斜拉橋及連續梁橋空間地震反應分析[D].武漢：華中科技大學，2004.

[6] JTG/T B02—01—2008，公路橋梁抗震設計細則[S].

Influence analysis of the approach bridges on the earthquake response of V-shaped piers of continuous rigid-frame bridge

Xie Xiuci1Xu Yonglu2

(1.WuhanUniversityofTechnology，Wuhan430000,China； 2.ChengduDesign&ResearchInstituteofBuildingMaterialsIndustryCo.,Ltd，Chengdu610000,China)

With the background of Hainan Province Dinghai Bridge, time history analysis method was used on the V-shaped piers of continuous rigid-frame main bridge, main bridge which anti-seismic bearing and entire bridge without anti-seismic bearing. The result indicated that approach bridges is more effective on shock absorption than anti-seismic bearing. So could make some detailed designs on approach bridges to increase the seismic capability of rigid frame bridge.

continuous rigid-frame bridge, earthquake response, history analysis

1009-6825(2016)32-0178-03

2016-09-04

謝修辭(1991- )，男，在讀碩士； 徐永路(1989- )，男，碩士，助理工程師

U442.5

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