龍門大橋主橋動力及抗震分析

曾紅丁

摘 要：龍門大橋位于惠州市龍門縣，主橋為90+90 m預應力混凝土獨塔斜拉橋，本文采用有限元建模對龍門大橋主橋進行動力分析，確保橋梁抗震滿足規范。

關鍵詞：抗震分析;反應譜;獨塔斜拉橋

中圖分類號：U448 文獻標識碼：A

0 引言

我國處于世界上兩大地震帶（環太平洋地震帶與亞歐地震）之間，地震帶分布較廣，不同震級地震頻繁發生，造成了巨大損失。特別是汶川大地震后，國內對橋梁抗震更加重視。獨塔斜拉橋因為其跨越能力、造型美觀的優勢在工程項目中越來越多的采用。斜拉橋常用的結構體系有漂浮體系、半漂浮體系、塔梁固結體系、塔梁墩固結剛構體系。獨塔斜拉橋常采用塔梁墩固結剛構體系。剛構體系有利于斜拉橋懸臂澆筑施工，但由于剛構體系自身剛度大，自振周期小，在地震作用下往往會產生較大的內力。新版抗震規范要求B、C類斜拉橋、懸索橋其抗震設防目標應按A類橋梁進行。本文采用有限元建模對龍門大主橋進行抗震計算，可為類似項目提供參考。

1 工程背景及結構設計參數

龍門大橋位于惠州市龍門縣。龍門大橋全長610 m，其中橋梁長580 m，主橋采用90+90 m預應力混凝土獨塔斜拉橋，引橋采用30 m小箱梁。主橋采用雙索面混凝土主梁，塔、梁、墩固結體系。主梁采用混凝土雙主肋主梁（∏形截面）， 主梁標準斷面寬度41.5 m，主梁中心高度3.0 m，主肋中心線處梁高2.7 m。索塔采用“H”型索塔，平行直立塔柱。斜拉索采用280鋼鉸線拉索，空間扇形雙索面，拉索梁上標準間距為6 m。索塔基礎采用鉆孔灌注樁，樁徑1.8 m，每個主塔基礎下共設12根樁。

橋址抗震基本烈度：6度，地震動峰值加速度0.05g，抗震設防類別為B類。

2 動力分析

龍門大橋抗震分析采用有限單元法，計算采MIDAS CIVIL 2020程序有限元計算模型均以順橋向為X軸，橫橋向為Y軸，豎向為Z軸。橋梁上部結構主梁、墩柱等采用空間梁單元模擬，用連接單元模擬盆式支座并考慮樁-土-結構動力相互作用時采用常用的樁土彈簧模型建立有限元動力計算模型。計算了龍門大主橋的動力特性。圖1為主橋的前4階振動的動力特性。

采用里茲向量法求出的是與三個平動地震動輸入直接相關的前20階振型，X平動、Y平動、兩個方向的振型參與質量分別是95%、95%，滿足我國《公路橋梁抗震設計規范》第6.3.3條規定：用多振型反應譜法計算時，所考慮的振型除數應在計算方向獲得90%以上的有效質量。

3 地震動輸入確定

擬建場地位于惠州市龍門縣。根據《公路工程抗震規范》）的有關規定，擬建場地抗震設烈度為6度，設計基本地震加速度值水平向Ah值為0.05g，豎向。根據場地類別及所屬的設計地震分組，《公路工程抗震規范》第5.1.4條確定場地設計特征周期為0.35 s。得其E1概率地震和E2概率地震的水平向加速度反應譜曲線如圖2、圖3。

4 結構反應譜分析結果

根據圖2反應譜曲線，考慮計算模型前20階振型，充分包絡各階振型，采用CQC組合分別計算重現期475年和重現期2000年兩種概率水平地震動作用下的動力響應，對縱橋向和橫橋向兩種工況進行計算。下面給出在E1、E2地震作用下橋墩、樁基在的內力響應圖。

5 橋塔關鍵截面驗算

通過對控制截面塔根截面（361單元）、塔梁固結處截面（153單元），在地震作用E1、E2概率下計算可得，橋墩仍處于彈性階段滿足受力要求，見表1。

6 結語

（1）本文對90+90 m獨塔斜拉橋進行了抗震分析，獨塔斜拉橋橋墩控制部位是塔底、塔梁固結處及截面變化處，地震作用下，只需對上述位置橋進行判斷，即可知橋墩是否進入塑性。

（2）本橋抗震設防類別為B類，但按新版抗震規范要求B、C類斜拉橋、懸索橋其抗震設防目標應按A類橋梁進行。即索塔在E2概率下需保持彈性狀態。經分析本橋在E1、E2概率縱向、橫向地震作用下，橋墩各截面保持彈性，滿足震性能要求，且有較大的富余。

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