考慮樁土作用某連續梁橋抗震性能研究

繆世銳

(西南交通大學，四川 成都 610031)

0 前 言

連續梁橋在我國的基礎建設中使用廣泛，連續梁在恒活載作用下，產生的支點負彎矩對跨中正彎矩有卸載的作用，使內力狀態比較均勻合理，因而梁高可以減小，由此可以增大橋下凈空，節省材料，且剛度大，整體性好，超載能力大，安全度高，橋面伸縮縫少，并且因為跨中截面的彎矩減小，使得橋跨可以增大[1-4]。因為其具有許多優點，所以在較大跨度的預應力混凝土橋應用很廣泛。

連續梁橋在恒載作用下，由于支點負彎矩的卸載作用，跨中最大正彎矩顯著減小，因此，用在較大跨徑時相較簡支梁橋經濟。連續梁在每個墩臺上只需設一個支座，橋墩寬度小，節省材料;而且梁連續通過支座，接縫少，行車平順，因此，對高速行車有利；因為上述的一系列優點，連續梁橋在我國大量的修建使用。對于鐵路橋梁而言,其動力特性的影響因素除上部結構及橋梁支座外,橋墩-樁基體系也是一個不可忽視的方面[3]。近年來我國地震頻發，2008年“5·12”汶川8.0級巨震、2010年青海省玉樹7.1級大地震、2013年四川省雅安市蘆山縣7.0級大地震。這些大地震均造成大量建筑物的損壞，其破壞力遠大于其他自然災害。如1976年唐山7.8級大地震，造成24萬人直接在地震中死亡，16萬人受傷，71座大中型橋梁及160座小型橋梁受損，鐵路橋梁占39.3%。給震后救援重建工作帶來了極大的困難，導致更多的生命喪失[2, 5]。汶川地震中，四川省內受損的橋梁超過2000多座，嚴重破壞者70多座，完全失效者達52座[6]。

在這些地震中，許多的混凝土橋梁都遭受了不同程度的破壞，嚴重影響了災后的救援工作。所以為了確保橋梁在地震發生后還能正常使用，針對橋梁結構的抗震減災措施的研究內容也越來越受重視，本文以某高速鐵路橋梁為例，對其在考慮樁土作用下的抗震性能進行研究，為類似建設及橋梁抗震設計提供參考。

1 工程概況

某高速鐵路橋是張家界至懷化高鐵中的一座懸臂施工的預應力混凝土雙線連續梁橋，橋梁總長275 m，跨徑組合為75+125+75(m)。設計速度為350 km/h，線路為板式無咋軌道，曲線半徑大于7 000 m，正線間距5.0 m。箱梁為單箱單室、變高度、變截面結構。中間支點位置截面梁高9.4 m，跨中及邊跨截面梁高為 5.4 m；梁底下緣變化按二次拋物線變化，腹板厚度按折線變化，底板厚按二次拋物線變化。二期恒載的大小按照直曲線無聲屏障140 kN/m，直曲線有聲屏障按160 kN/m計算。溫度梯度按照規范然后依據橋梁所在地月平均最高與最低氣溫確定整體升降溫為±20 ℃。頂板溫度升溫8 ℃計算。主梁采用C55混凝土，普通鋼筋采用HPB300鋼筋，縱向預應力束冷拔高強鋼絞線。

2 高速鐵路橋梁Midas模型簡介及靜力分析

本橋采用大型有限元軟件Midas/Civil進行分析計算，采用梁單元進行三維模擬計算，全橋共個90個梁單元，104個節點，如圖1所示。等到橋梁主體施工結束，橋面的附屬設施修建完工，再等到主梁的混凝土收縮徐變基本完成以及預應力鋼絞線松弛以后，把這個階段的橋梁看作成橋階段。

圖1 全橋有限元模型

由分析計算結果可以得知，靜活載作用下最大撓度值為-46.25 mm，為跨度的L/2 073，小于控制值1.1L/1 500，符合規范的要求。

3 地震作用下動力時程分析

本文基于商業通用軟件Midas，首先建立考慮樁土作用與墩底固結的有限元模型，如圖2所示。

圖2 樁土作用模型

對該高速鐵路橋梁有限元數值模型進行動力時程分析。橋梁的地震響應時程分析結果如圖3～4所示，因篇幅原因，本文只列出樁土作用模型的主墩時程結果。

圖3 2號墩內力/MPa

圖4 3號墩內力/MPa

從分析結果可以看出，該橋在墩底固結與樁土作用下兩種工況下運用時程分析法得到的最大位移分別為15.33 mm與31.56 mm，但是固定墩彎矩明顯變小。本文研究可為易發地震地區的高速鐵路橋梁結構設計提供參考。

4 結 論

本文以某高速鐵路橋梁為背景，對該類型橋梁的墩底固結模型以及樁土作用模型的抗震性能進行研究。研究結果顯示，地震作用下高速鐵路橋梁最大節點位移在控制范圍內，基本滿足使用要求。本文研究可為易發巨震地區的高速鐵路橋梁結構設計提供參考。