連續剛構橋的抗震模擬與研究

（福建船政交通職業學院， 福建 福州 350004）

地震是地球地殼急劇破裂，將內部的能量迅速釋放出來，進而引起地面的的振動以及伴生的地面裂縫和變形。隨著科技的發展，橋梁建造工藝水平的不斷提高，技術力量大幅進步，建造連續剛構橋的橋墩高度也成為技術突破的重心。連續剛構橋的受力狀態和結構安全性成為橋梁建造行業的重要目標[1]。

1 連續剛構橋的特點

連續剛構橋的墩梁之間相互固結，是我國最常見的梁橋，其固結方式主要是在主梁和橋墩墩頂之間進行。由于連續剛構橋這種獨特的結構方法，所產生的受荷載作用會減小跨中正向彎矩，同時會減少對應的上部結構所需的混凝土需求，進一步把將橋梁變成變截面。

預應力混凝土連續剛構橋是指在預先張拉橋梁梁體中的預埋預應力鋼束或鋼筋，屬于連續梁橋的一種[2]。這種設計方式會使橋跨越能力增大，降低了橋梁的施工難度，降低建造成本，同時橋梁的養護難度大大降低，行車更為順暢。

在連續剛構體系中，橋梁本身結構受力較為的復雜，一方面彎矩和剪力對梁進行作用，另一方面彎矩和剪力也會對橋墩產生較大的影響[3]。現有技術一般會通過使用柔性墩的方式，以降低荷載對橋梁整體結構的沖擊，同時對橋梁各部分的位移設定一定的范圍，允許范圍內的位移出現，使得對橋梁結構的受力分析更加合理。

2 橋梁自振模態分析

采用 Midas/civil有限元分析軟件進行分析是現有結構工程分析比較認可的分析方式，本文建立連續剛構橋的有限元分析模型并對其進行抗震分析，在建立橋梁抗震分析模型時；

在 Midas/civil分析過程中一般對連續剛構橋采用梁單元的方式，這種分析方式可以能夠準確的模擬結構的質量、剛度、預應力和邊界約束，反映出結構真實受力狀態，使得分析結果對現實受力情況進行真實的還原，確保模擬結果的準確。

有限元模型的建立，邊跨約束采用一般支承，墩梁連接采用剛性連接，墩底為一般支承里的固接。模型荷載包括：自重、二期荷載和預應力。為了便于分析，分別將主梁邊跨、中跨的中部和根部從左至右編號為1—7；橋墩從左至右編號為1#、2#墩。

在模擬分析過程中，采用多重Rite向量法對橋梁結構自振模態進行分析，通過設置10階振型數量，每一步中分析迭代次數為20次，子空間大小為1，收斂誤差為1E-10。使用有限元軟件對模型及受力方式進行計算，對橋梁結構的10階振型周期、頻率和振型表現形式結果進行統計，統計結果見表1。

表1 橋梁自振頻率

從上表可以發現橋梁結構的第一階和第二階振型都表現在橫橋向，分別為一階正對稱和二階反對稱；第三階振型表現為縱向二階反對稱漂移，對順橋向質量提升有明顯影響；橋梁結構的自振周期為 5.47s，在 10階振型中，橋梁結構的表現形式以側彎為主，說明該橋梁豎向剛度較強。

3 橋墩地震響應分析

為分析橋墩在地震過程中的地震動力響應，對地震作用下橋梁結構中各截面的內力和位移反應情況進行分析，采用恒載（自重+二期荷載+預應力）與最不利荷載組合（地震作用+恒載）進行比較。將1#、2#橋墩墩底墩頂和7個主梁截面作為分析對象，對其對應位置和受力狀態進行了定義。

表2 墩底內力

表3 墩底位移

表 2為橋墩墩底在自重、二期荷載、預應力與地震作用組合下的內力值，可以分析得到：橋墩墩底在地震作用與恒載作用下軸力比恒載作用下小了8.85%；剪力Fy和彎矩Mx由于橫橋向地震的輸入增漲趨勢明顯增加，橫橋向的剪力受地震作用的影響要小于順橋向。

表3列出了橋墩墩頂位移數值，在恒載作用下1#橋墩墩頂位移的偏移傾向于x軸的正向，2#墩頂位移則與1#相反，向x軸的負方向進行偏移，這一結果表明橋墩傾向內側；同時對地震作用與自重、二期荷載、預應力作用分析，兩個橋墩的側向位移都傾向x、y軸的正向，順橋向和豎橋向位移絕對值小于橫橋向，說明該橋的順橋向和豎橋向的剛度較強與橫橋向，地震發生時受影響的程度較小。

4 模擬分析及討論

模擬分析中對橋梁結構使用多重Ritz向量法進行了自振模態分析，從模擬結果可以得出，在橋的10階振型中，橋梁結構以側彎為主，這一結果可以解釋為豎橋向剛度較其他方向大，具體表現為該橋橋梁的橫向剛度較弱，同時豎橋向較水平方向振型增長速度較慢，振型出現次數不高。

通過模擬，比較分析了橋墩在自重、二期荷載、預應力與地震作用下墩底內力和墩頂位移，對模擬的結果分析得到，在地震荷載作用下，地震對墩底截面水平向效應大于順橋向，順橋向小于橫橋向，豎橋向荷載主要由自重、二期荷載和預應力提供；墩頂位移的偏移傾向于 x軸的正向，而順橋向和豎橋向位移絕對值小于橫橋向，說明該橋的順橋向和豎橋向的剛度較強與橫橋向，地震發生時受影響的程度較小。

[1]王振宇. 基于PUSH-OVER分析方法的混凝土曲線梁橋抗震性能分析[D].長安大學,2011.

[2]王立榮.大跨度預應力混凝土連續剛構橋地震反應分析[J].建設科技,2015(23):98-99.

[3]羅方颶. 預應力型鋼混凝土梁施工期結構性能研究[D].重慶大學,2016.