結構參數變化對混凝土連續梁橋抗震性能影響分析

孫殿國

（南通市市政工程設計院有限責任公司，江蘇 南通 226000）

0 引言

近年來，我國交通基礎建設迅速發展。預應力混凝土連續梁橋作為城市高架的主要結構形式，需充分考慮地震對其結構的影響。因此選取合理的結構形式和必要抗震設計可以大大地減輕甚至避免震害的產生[1-3]。本文以某市機場大道35+50+35m 預應力混凝土連續梁橋為研究對象，利用有限元軟件MIDAS 建立了空間動力彈塑性分析模型，研究不同的基礎形式及樁土作用的不同m 值對橋梁抗震性能的影響，為同類橋的建設、設計提供參考

1 模型建立

本橋動力計算采用有限元軟件MIDAS2012 建立全橋三維空間有限元模型，主梁，墩、承臺以及樁均采用空間梁單元，對結構的剛度、質量、阻尼進行了合理的等效，采用地震反應譜分析法分析橋梁結構的地震反應。主梁采用三維梁單元模擬，建模時考慮了二期荷載的影響，并將其換算成等效質量加入主梁材料參數。對于樁基礎的模擬，采用考慮了樁-土相互作用的集中土彈簧模型。土彈簧的剛度根據樁基靜力設計方法即“m 法”來計算，m 是土抗力系數，根據已完成的橋址地質情況報告的土層分布情況，并考慮動力荷載對土有剛度強化作用[4-6]。本文在進行樁土作用模擬時，只在樁身設置水平土彈簧，橫橋向和順橋向彈簧剛度取值一致，樁底直接固結。

圖1 （35+50+35）m 無樁基（墩底固結）連續梁有限元模型

圖2 （35+50+35）m 含樁基連續梁有限元模型

2 基礎形式不同及m 值的變化對橋梁地震響應結果的影響

2.1 基礎形式不同及m 值的變化對自振頻率的影響

我們對墩底固接、勘探報告提供m 值、2 倍m 值、3 倍m 值下的自振頻率進行了計算。

表1 自振頻率對比(rad/sec)

表中m 值為地勘報告提供值。表1可以得出，不同基礎形式對橋梁自振頻率的影響較大，樁土作用不同的m 值對自振頻率也有一定的影響。樁基礎模型較墩底固接模型自振頻率明顯減小，m 值越大自振頻率相應增大。得出邊界條件剛度越大，結構的自振頻率也越大。

2.2 基礎形式不同及m 值的變化對地震向作用下墩底內力的影響

表2 順橋向地震作用下墩底內力對比

順橋向地震力作用下基礎形式及不同的m 值對軸力基本無影響。彎矩值在墩底固接時最大，模擬樁基模型中彎矩值隨m 值的增大而增大。

表3 橫橋向地震作用下墩底內力對比

橫橋向地震力作用下墩底固接時軸力值、彎矩值最大。模擬樁基模型中彎矩值隨m 值的增大而增大，但不很明顯。

2.3 基礎形式不同及m 值的變化對地震向作用下墩頂位移的影響

表4 墩頂位移(mm)

順橋向，橫橋向地震力作用下未墩底固接時的墩頂位移值最小，模擬樁基模型中墩頂位移隨m 值增大而減小，但不明顯。

3 結論

（1）考慮樁土相互作用與墩底固結相比，墩底內力明顯減小，墩頂位移明顯增大。可見考慮樁土相互作用是非常必要的。

（2）對比 m 取值情況，墩底截面的軸力、彎矩隨著 m 值的增大而增大，墩頂位移隨著 m 值的增大而減小，但變化很小。