【摘" " 要】：為了實(shí)現(xiàn)對(duì)城市大跨連續(xù)剛構(gòu)橋抗震性能的有效評(píng)估，以山西省陽(yáng)泉市一座跨徑組合為（63+115+63）m的連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)楣こ瘫尘?，采用空間非線性動(dòng)力時(shí)程分析方法，得出結(jié)構(gòu)的彎矩和位移響應(yīng)，并對(duì)該剛構(gòu)橋橋墩進(jìn)行抗震性能驗(yàn)算。結(jié)果表明，該剛構(gòu)橋橋墩在E2地震作用下，其墩頂位移和塑性鉸抗剪均滿足抗震規(guī)范要求，震后經(jīng)搶修可恢復(fù)使用。

【關(guān)鍵詞】：連續(xù)剛構(gòu)橋；時(shí)程分析；抗震性能；塑性鉸

【中圖分類號(hào)】：U448.23 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：A 【文章編號(hào)】：1008-3197（2024）06-41-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.06.011

Seismic Performance Analysis of A Long-Span Continuous Rigid-Framed Bridge

【Abstract】： In order to effectively assess the seismic performance of urban long-span continuous rigid frame bridges， a continuous rigid-framed bridge with a span combination of （63+115+63） m in Yangquan City， Shanxi Province， was selected for the study. Using the spatial nonlinear dynamic time-history analysis method， the bending moment and displacement response of the structure were obtained， and the seismic performance of the rigid frame bridge pier was checked. The results show that under the E2 earthquake， both the displacement of the pier top and the shear resistance of the plastic hinge meet the seismic code requirements， and the bridge can be restored for use after emergency repair. The conclusions drawn from this study can serve as a reference for the seismic design of similar continuous rigid frame bridges.

【Key words】： continuous rigid-framed bridge; time-history analysis; seismic performance; plastic hinge

大跨連續(xù)剛構(gòu)橋主要修建于我國(guó)山區(qū)，相關(guān)抗震研究論文較多，而對(duì)于城市大跨連續(xù)剛構(gòu)橋相關(guān)抗震性能研究則較少。本文基于ARMA模型的自編程序生成7條加速度時(shí)程曲線，采用空間有限元軟件Midas/Civil2022，對(duì)一座城市大跨連續(xù)剛構(gòu)橋進(jìn)行動(dòng)力特性、非線性動(dòng)力時(shí)程和抗震性能分析。

1 工程概況

獅腦山跨線橋位于山西省陽(yáng)泉市，上跨陽(yáng)泉中環(huán)快速路，變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)體系，跨徑為（63+115+63）m。橋梁全寬12 m，斷面布置為2 m人行道（含欄桿）+8 m車行道+2 m人行道（含欄桿）。箱梁斷面采用直腹板單箱雙室截面，主跨支點(diǎn)處梁高7 m（與跨徑的比值為1/16.43），跨中梁高2.8 m（與跨徑的比值為1/41.1），梁高按2次拋物線變化。箱梁懸臂長(zhǎng)3.0 m，端部高0.2 m，根部高0.7 m；箱梁頂板厚0.3～0.8 m，底板厚度由跨中0.25 m漸變至支點(diǎn)0.8 m；跨中腹板厚0.55 m，支點(diǎn)加厚至0.7 m，腹板漸變段長(zhǎng)7 m。箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，頂板、腹板、底板及合龍束等縱向預(yù)應(yīng)力采用?s15.2 mm高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度f(wàn)pk=1 860 MPa，鋼束控制張拉應(yīng)力σcon取0.73fpk，預(yù)應(yīng)力管道采用塑料波紋管，真空壓漿工藝。箱梁共分為13段懸澆節(jié)間，節(jié)間數(shù)量從支點(diǎn)至跨中分別為6、4、3，節(jié)間長(zhǎng)度從支點(diǎn)至跨中分別為3、3.5、4 m。下部結(jié)構(gòu)采用雙矩形混凝土薄壁墩，薄壁墩平面尺寸為6 m×1.2 m，兩片薄壁墩凈距5 m，1#墩高36 m，2#墩高33 m。主墩承臺(tái)為矩形承臺(tái)，高4 m。主墩基礎(chǔ)為直徑1.8 m的鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)采用柱式橋臺(tái)，樁基為直徑1.2 m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。見圖1。

本橋?yàn)槭姓蛄?，設(shè)計(jì)汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)為城-A級(jí)，屬于重要的橋梁結(jié)構(gòu)，一旦在地震中遭到破壞，可能導(dǎo)致的生命財(cái)產(chǎn)以及間接經(jīng)濟(jì)損失將會(huì)非常巨大，正確的抗震分析對(duì)確保橋梁抗震安全性具有非常重要的意義。主要分析內(nèi)容如下：明確了抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)和地震動(dòng)參數(shù)；建立了動(dòng)力分析模型；進(jìn)行了動(dòng)力特性、非線性動(dòng)力時(shí)程分析及橋墩的抗震性能驗(yàn)算。

2 設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)和地震動(dòng)參數(shù)

2.1 設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)

橋位處場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7度，水平向設(shè)計(jì)基本地震加速度峰值為0.10g，場(chǎng)地類別為II類，設(shè)計(jì)特征周期為0.40 s[1～2]。該市政橋梁屬于乙類橋梁，而乙、丙和丁類橋梁的抗震設(shè)計(jì)方法根據(jù)橋梁場(chǎng)地地震基本烈度和橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防分類，分為：A、B和C三類，該市政橋梁屬于A類，A類橋梁應(yīng)進(jìn)行E1和E2地震作用下的抗震分析和抗震驗(yàn)算，并應(yīng)滿足橋梁抗震體系以及相關(guān)構(gòu)造和抗震措施的要求；抗震體系選用類型I，即在E2作用下，使連續(xù)剛構(gòu)雙薄壁墩墩頂和墩底產(chǎn)生塑性鉸，以此來(lái)耗能；該市政橋梁屬于非規(guī)則橋梁，在E2地震作用下，可采用TH（線性或非線性時(shí)程計(jì)算方法）進(jìn)行計(jì)算[2]。本文采用了TH法即非線性時(shí)程計(jì)算方法進(jìn)行了抗震分析計(jì)算。

2.2 地震動(dòng)加速度時(shí)程

由于未見本項(xiàng)目地震動(dòng)安全評(píng)估報(bào)告和地震動(dòng)加速度時(shí)程數(shù)據(jù)，根據(jù)水平向設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜曲線的特征，采用基于ARMA模型的自編程序生成7條加速度時(shí)程曲線[3]，經(jīng)調(diào)整得到和設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜兼容的7組E2地震作用下X、Y方向加速度時(shí)程曲線樣本。ARMA模型是考慮幅值和頻率雙重非平穩(wěn)性時(shí)變隨機(jī)地震動(dòng)模型，全稱為自回歸移動(dòng)平均模型。限于篇幅，給出了1條由自編程序生成的加速度時(shí)程曲線樣本。見圖2。

3 計(jì)算模型和動(dòng)力特性分析

3.1 計(jì)算模型

采用空間有限元軟件Midas/Civil2022，建立該連續(xù)剛構(gòu)橋的計(jì)算模型，以順橋向?yàn)閄軸，橫橋向?yàn)閅軸，豎向?yàn)閆軸。主梁和橋墩均采用空間梁?jiǎn)卧Ｒ妶D3。

在橋梁的抗震分析中，常用的一種樁基礎(chǔ)的處理方法是在承臺(tái)底部加6個(gè)方向的彈簧來(lái)模擬樁基礎(chǔ)的剛度[4]，并根據(jù)承臺(tái)底部的內(nèi)力按照靜力方法反算單樁。彈簧剛度根據(jù)土層狀況和樁的布置形式按靜力等效的原則確定，土性參數(shù)根據(jù)“m法”確定。全橋動(dòng)力有限元模型共有單元404個(gè)，節(jié)點(diǎn)413個(gè)。

3.2 動(dòng)力特性分析

分析和認(rèn)識(shí)橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性是進(jìn)行抗震性能分析的基礎(chǔ)[5]；因此首先對(duì)全橋進(jìn)行了動(dòng)力特性分析。模型采用多重Ritz向量法，計(jì)算得到橋梁結(jié)構(gòu)的前100階自振周期和振型。見表1和圖4。

該橋動(dòng)力特性的特點(diǎn)為：

1）基本周期為5.068 s＞5 s，屬于長(zhǎng)周期，第1階振型為縱漂，對(duì)減小橋梁結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)是有利的，但將產(chǎn)生較大的全橋縱向位移[6]；

2）在模型前10階振型中，側(cè)彎和豎彎振型比例相同，即該橋橫縱向剛度比例適當(dāng)，初步說(shuō)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理可靠。

4 動(dòng)力時(shí)程分析

在全橋結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析的基礎(chǔ)上，采用和設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜兼容的7組E2地震作用下X、Y方向加速度時(shí)程曲線作為地震動(dòng)輸入，豎向加速度時(shí)程曲線由水平向加速度時(shí)程曲線乘以0.68得到，考慮地震輸入方向的影響，計(jì)算中分別考慮：順橋向+豎向、橫橋向+豎向2個(gè)工況，彎矩結(jié)果平均值[2]見圖5和圖6。

5 結(jié)構(gòu)抗震性能驗(yàn)算

乙類橋梁遭受E2地震作用時(shí)，震后使用要求為經(jīng)搶修可恢復(fù)使用，永久性修復(fù)后恢復(fù)正常運(yùn)營(yíng)功能，損傷狀態(tài)為有限損傷[2]。

對(duì)主橋1#、2#墩進(jìn)行了墩頂位移和塑性鉸抗剪驗(yàn)算[7]，均滿足要求，限于篇幅，僅給出1#墩驗(yàn)算結(jié)果。見表2和表3。

6 結(jié)論與展望

1）橋墩墩頂在E2地震作用下，其位移反應(yīng)均在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，震后經(jīng)搶修可恢復(fù)使用，滿足規(guī)范要求。

2）橋墩在E2地震作用下，其塑性鉸抗剪滿足規(guī)范要求。

3）本橋在進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析時(shí)，僅選取了自編程序生成的加速度時(shí)程曲線，以后對(duì)類似的工程進(jìn)行抗震分析時(shí)，如采用7條加速度時(shí)程記錄時(shí)，其中應(yīng)選用2條與設(shè)定地震震級(jí)、距離、場(chǎng)地特性大體相近的實(shí)際地震動(dòng)加速度記錄，通過(guò)時(shí)域方法調(diào)整，使其加速度反應(yīng)譜與規(guī)范設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜相匹配。

4）本文僅采用加速度時(shí)程曲線進(jìn)行了抗震分析，以后可采用設(shè)計(jì)地震動(dòng)功率譜或位移譜法對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，以期尋求最精準(zhǔn)的橋梁抗震數(shù)值計(jì)算模擬方法。

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