沈曉平(蘇交科集團股份有限公司，南京 210000)

1 引言

高速公路中互通現澆結構橋梁是高烈度區(qū)公路生命線工程的重要組成部分，對其進行抗震分析以提高橋梁抗震能力是至關重要的。為了探討該類橋梁的抗震性能，本文借助抗震計算專用程序，結合橋梁的結構特點，建立了全橋空間有限元模型[1，2]，對其進行基本動力特性計算、彈性反應譜分析以及非線性時程分析，為此類橋梁的抗震設計提供借鑒。

2 橋梁概況

某項目采用雙向四車道高速公路標準，設計速度為120km/h。選取橋寬為19.5m 的典型預應力混凝土現澆箱梁進行建模計算分析?？鐝讲贾脼?×30m，總長90m，上部結構形式為預應力混凝土現澆梁，高度為1.7m；下部結構1#、2#、4#橋墩采用φ1.4m 柱式墩，φ1.5m 樁基礎；3#橋墩采用3-2m×0.9m 薄壁墩（落于中分帶內），15.5m×2.5m×2.5m承臺接4 根φ1.5m 樁基礎。

3 抗震設計參數

根據工程場地地震安全性評價報告可知，橋位場地條件為Ⅲ類，設防烈度為Ⅷ度，E1 地震作用的場地地震動峰值加速度為0.216g，場地特征周期為0.75s；E2 地震作用的場地地震動峰值加速度為0.45g，場地特征周期為0.9s，結構阻尼比為0.05。計算用時程曲線直接取用安評報告中提供的3 條地震波。研究了結構在E1 地震（重現期100a）和E2 地震（重現期2 000a）2 種設防水準地震輸入下的縱橋向地震響應。根據JTG/T 2231-01—2020《公路橋梁抗震設計規(guī)范》要求，本橋抗震分析計算模型按照地質情況考慮樁土相互作用，等代土彈簧的剛度采用m 法計算[2]。

4 非線性動力模型及結構動力特性

本文采用MIDAS 程序，建立本聯的動力計算模型，模型中考慮了p-Δ 效應，本聯動力計算模型如圖1 所示。

圖1 本聯動力計算模型

支座是橋梁的重要連接構件，根據計算需要橋墩均采用摩擦擺式減隔震支座，摩擦擺式減隔震支座受到的地震作用較小時，依靠上部自重與橋梁之間的靜摩擦力，來充分保障橋梁的穩(wěn)定性，當受到的地震力較大時，支座按照一定的周期發(fā)生單擺運動，使橋梁上部結構受到的地震作用力不再向下部結構傳遞，摩擦擺支座的周期和剛度通過選取合適的滑動表面曲率半徑來控制，阻尼由動摩擦系數來控制[3]。地震時程反應分析中對摩擦擺支座按照荷載-位移滯回曲線模型來模擬其力學性能。

結構前6 階振型、頻率及振型特征可根據動力計算模型，進行結構動力特性分析可得，詳見表1。

表1 計算模型基本動力特性

5 計算結果

由JTG/T 2231-01—2020 中3.4.2 可知，E1 和E2 地震輸入下，各橋墩墩底、墩頂截面為地震反應控制截面。本文僅對結構縱橋向地震響應結果進行分析。

5.1 E1 地震作用下結構地震響應

利用非線性時程分析方法，在E1 地震作用輸入下，可以得到各橋墩墩底截面地震響應（見表2）、單樁最不利截面地震響應（見表3）。

表2 各橋墩墩底截面地震響應（縱向輸入）

表3 單樁最不利截面地震響應（縱向輸入）

5.2 E2 地震作用下結構地震響應

利用非線性時程分析方法，在E2 地震作用輸入下，可以得到各橋墩墩底截面地震響應（見表4）、單樁最不利截面地震響應（見表5）。

表4 各橋墩墩底截面地震響應（縱向輸入）

表5 單樁最不利截面地震響應（縱向輸入）

E2 地震輸入下摩擦擺支座的計算位移見表6。

表6 E2 地震下支座位移驗算（隔震周期4s）

根據以上時程分析結果，對各橋墩在縱橋向墩底截面與單樁最不利截面進行了抗震驗算，當采用HRB500 高強鋼筋后，立柱和樁基配筋率分別為1.15%和1.26%時，各墩底截面均可保持彈性狀態(tài)，抗震性能可以滿足要求。

6 結語

通過對強震區(qū)現澆結構橋梁的抗震性能分析，可以得出如下結論：

1）減隔震前該類橋梁的一階振動形式常以縱向振動為主，自振周期較小，由于橫向框架墩的縱橫向剛度差異，橫向振動往往出現在縱向振動之后；

2）反應譜計算及時程分析計算均表明，橋墩墩底截面和樁頂截面為抗震控制關鍵截面，應加強配筋以滿足JTG/T 2231-01—2020 中抗震性能的要求；

3）應合理控制摩擦擺支座隔震周期，控制結構最大位移以避免造成伸縮縫設計困難和橋梁之間相互碰撞；

4）E1、E2 地震作用下，橋梁所采用的減震技術方案有效地改善了下部結構的受力狀況，抗震性能大大提升，實現了橋梁的抗震設防目標。

希望通過本文的研究可為類似橋梁的抗震設計提供參考。