桥梁设计师职称范文浅析连续梁桥弹性地震反应

　　摘 要：某连续梁桥主桥为四跨大跨径连续箱梁桥，针对该桥采用谱分析方法，并考虑支座联接形式和桩土相互作用，对其进行弹性及弹塑性分析，通过分析得出结构在地震作用下的屈服性能以及塑性铰的屈服状态，验证了结构在E1地震作用(重现期为50-100年)强度和变形满足要求，为类似工程的抗震设计提供参考。

　　关键词：桥梁设计师职称范文,谱分析,屈服性能

　　1 引言

　　2008年，我国颁布实施了《公路桥梁抗震设计细则》JTG/T B02-01—2008，其设计方法有了较大的改变，采用两水平设防，两阶段设计。在弹性抗震设计的基础上，增加了延性抗震设计方法。本文以某连续梁桥桥为例，以《公路桥梁抗震设计细则》为依据，采用反应谱分析对大跨桥梁的弹性及弹塑性地震反应进行计算，并进行结构的抗震验算。

　　2 抗震设计方法

　　2.1 工程概括

　　某连续梁桥工程全长822.94m，分主桥、引桥、引道三个部分。桥梁主桥为四跨大跨径连续箱梁，长度380m，跨径布置为70+120+120+70=380m。主桥桥面上设有装饰拱圈，拱圈跨度为120m，共两跨。桥梁分两幅。主桥桥墩为立面呈花瓶状的圆形空心截面，上宽下窄以曲线过渡。横桥向布置两个桥墩(图1)。拟建场地覆盖层厚度0-8m，地基土剪切波速310m/s,场地土类型为中硬场地土，建筑场地类别为Ⅱ类，无地震液化土层。基本烈度为七度，设计基本加度为0.1g，设计特征周期为0.35s，卓越周期为0.35s。

　　2.2 抗震设计方法选用

　　新运大桥的单跨最大跨径为120m，依据《公路桥梁抗震设计细则》，该桥为B类的非规则桥梁，需进行E1地震作用(重现期为50-100年)和E2地震作用(重现期为475-2000年)地震作用下的抗震设计。在E1地震作用下，结构处于弹性工作范围，在E2地震作用下，结构进入弹塑性工作范围。结构的地震反应由结构自身特性及输入的地震动确定。对于一个结构，当地震波给定后，结构的地震反应也就确定了。但由于地震动的随机性及复杂性，在目前技术水平下，要准确预测未来某个地区的地震动特征是很困难的。对大量的一般结构，按地震动方法进行抗震设计是不经济也不现实的。因此，反应谱方法被提出并广泛应用于结构抗震设计中。故本桥在E1地震作用下采用反应谱法进行弹性分析。

　　2.3 抗震设计方法原理

　　2.3.1 谱分析方法

　　谱分析的方法是在静力法的基础上发展起来的，考虑了地震时地面的运动特性与结构物自身的动力特性。反应谱理论是以单质点体系在实际地震作用下的反应为基础来分析结构反应的方法。

　　反应谱的基本原理。一单质点振子体系由于地面运动位移 引起的单质点振子的地震动方程为：

　　对于不同质点体系，在选定的地震加速度 输入下，可获得一系列的相对位移y(t)、相对速度 、绝对加速度 的反应时程曲线，并可从中找到它的最大值，。以不同单质点体系的周期Ti为横坐标，以不同阻尼比为参数，就能绘出的谱曲线，简称反应谱[1]。

　　《公路桥梁抗震设计细则》根据记录反应谱周期段特征比较，论证周期范围论证周期范围可开扩展到10s，并通过823条水平向强地震的记录统计分析，认为设计反应谱按T-1的速率下降是有足够安全保障的。

　　广义单自由度振子的最大反应不同时发生，因此需要适当的方式将它们组合起来，国内外许多专家学者对反应谱进行大量研究，并提出种种阵型组合方法。SRSS法对于频率分离较好的平面结构具有较好的精度。CQC法是根据随机过程理论导出了线性多自由度体系的阵型组合规则，较好的考虑了频率相近时的阵型相关性，克服了SRSS的不足。

　　3 结构抗震性能分析

　　3.1 结构模型建立

　　用MIDAS软件建立主桥70+120+120+70范围内(一副)主梁、装饰拱圈和桥墩的空间模型(图5)。主桥采用大型球形刚支座，用弹性连接模拟支座的刚度。弹性连接的三个转动惯量不约束，活动支座延活动方向线刚度不约束，固定方向线刚度按允许位移推算刚度。桩基的边界条件则是采用承台底六个自由度的弹簧刚度模拟桩土相互作用。这六个弹簧刚度是竖向刚度、顺桥向和横桥向抗推刚度、绕竖轴的扭转刚度和绕水平轴的抗转动刚度。它们的设计方法与静力法相同，所不同的是土的抗力取值比静力大，一般取m动=(2~3)m静[3]。其中绕竖轴的扭转刚度一般假定为固定约束，不考虑相对变形[2]。

　　3.2反应谱分析

　　由于本桥对竖向地震作用不是很敏感，故只需考虑顺桥向和横桥向两个方向的地震作用。水平设计加速度反应谱采用了《公路桥梁抗震设计细则》中的反应谱曲线，其中：Ci=0.5，Cs=1.0，Cd=1.0，A=0.1，Smax=0.1125 。阵型分析方法采用多重Ritz向量法。

　　从顺桥向地震作用弯矩图可以看出，在顺桥向地震作用下，中间桥墩顺桥向出现较大弯矩，这是由于在中间桥墩上顺桥向采用的是固定支座，其它桥墩上顺桥向方向为滑动支座，由于此种连接方式，使得顺桥向地震力都积聚在此，所以在抗震设计过程中，约束条件直接影响了地震力的分配。

　　从横桥向地震作用弯矩图中可以看出，几个桥墩的内力相差不大，这是因为横桥向支座的连接方式基本相似，所以水平地震力基本平均的分配给几个墩柱。

　　根据《公路桥涵设计通用规范》和《公路桥梁抗震设计细则》，作用效应组合包括永久作用效应+地震作用效应。地震作用效应按照《公路桥梁抗震设计细则》5.1.1条，取值。中间桥墩受力最为不利，取其进行偶然荷载作用下的强度验算。

　　表中轴力负号表示压，正号表示拉。因为谱分析CQC模态组合结果都是正值，所以偶然组合要用加减形式找出最不利内力。由于轴压力对结构有利，所以取其最小组合。

　　从表中可以看出，由于桥梁顺桥向左右对称布置，永久荷载在中间桥墩几乎没有产生弯矩。在横桥向由于装饰拱圈的偏心作用，永久荷载在墩底产生弯矩，这使组合后横桥向内力较大。

　　4 结论

　　通过对某连续梁桥桥进行E1和E2地震作用下的弹性和弹塑性地震反应分析，可以得到以下结论：

　　在E1地震作用下桥墩的强度满足要求。通过分析，约束形式对地震反应内力影响较大，可以通过调整支座的联接形式调整内力，使结构受力得到优化。另外，装修拱圈的偏载作用，使偶然组合内力横桥向控制设计。

　　参考文献：

　　[1] 李国豪.桥梁结构稳定与振动[M].北京：中国铁道出版社，2003

　　[2] 谢旭.桥梁结构地震响应分析与抗震设计[M].北京：人民交通出版社，2006

　　[3] JTG/T B02-01—2008，公路桥梁抗震设计细则[S].

　　[4] Une H, Kawashima K, Shoji G. Pushover analysis of a frame bridge [J]. Journal of Structural Engineering, 1999,45A：947-956 .

　　[5] Ballard T A, Sedarat H.SR5 Lake Washington Ship Canal Bridge pushover analysis[J].Computers and Sturctures,1999,72：63-80

　　[6] ZHENG Yi, Tsutomu U,GE Han-bin GE. Seismic response predictions of multi-span steel bridges through pushover analysis[J]. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 2003,32:1259-1274

　　[7] FEMA 273&274，Federal Emergency Management Agency ,guidelines and commentary for the seismic rehabilitation of buildings[S]