双层高架桥门式墩与独柱墩抗震性能比较分析

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1、88桥梁结构城市道桥与防洪2015年5月第5期双层高架桥门式墩与独柱墩抗震性能比较分析鲁传安(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海市20oo92)摘要：上层市政道路下层轨道交通的双层高架桥已越来越广泛地运用于城市交通中，但是由于其结构的复杂性，地震震害表现出与一般高架桥不同的特点，需要对其抗震性能进行深入研究。基于国内某工程实例，比较分析了门式墩与独柱墩双层高架桥的抗震性能，包括计算模型的建立、动力特性分析、反应谱分析及非线性时程分析，得出了若干结论，可为今后类似工程抗震设计提供借鉴。关键词：双层高架桥；

2、动力特性；地震反应；抗震性能中国分类号：U442．55文献标志码：B文章编号：1Oo9_7716(2O15)05-oo88—04噬盐遒心线1概述近年来我国经济得到了迅猛发展，城市土地资源的稀缺及桥梁建设用地的紧张日显突出。为了在有限的土地资源上极大地提高城市交通的使用效率、改善桥梁通行条件，双层高架桥便应运而生，其中以上层市政高架道路下层轨道交通的双层高架应用越来越广泛[1】。双层高架桥结构比较复杂，震害与一般高架有所不同。在1989年洛马普里埃塔(LomaPfieta)地震中，美国旧金山海湾地区的双层高架桥大多出

3、现了损伤，其中赛普拉斯(Cypress)双层高架桥的倒塌造成了较大的人员伤亡和财产损失。从而引起了广大学者对双层高架桥抗震性能研究的重视，也取得了一定的研究成果【l、【31。本文基于国内某工程实例，针对上层公路下层轨道交通的双层高架桥进行分析。该工程采用桥面连续结构简支箱梁结构，其中以混凝土箱梁为主，辅以跨路口的大跨径钢砼叠合箱梁。上层桥宽18m，下层轨道交通单线宽4．3m，双线宽8m，图1门式墩立面布置圈标准跨径为30m、35m及40m三种。下部结构采用门式墩和独柱墩两种形式，基础为钻孔灌注桩。典型独柱墩及门式墩

4、立面布置图如图1、图2所示。本文桥墩采用延性抗震设计方法，即墩柱按延性构件设计，横梁、塑性铰区抗剪及桩基础按能力保护构件设计。2动力计算模型及动力特性2_1动力计算模型为了研究比较两种桥墩的抗震性能，分别选收稿日期：2015一O1—26作者简介：鲁传安(1983一)，男，安徽宣城人，硕士研究生，工程师，从事桥梁工程设计工作。图2独柱墩立面布置圈2015年5月第5期城市道桥与防洪桥梁结构89取两联标准跨径为40m且为标准宽度的桥梁结表1结构的动力特性表构进行抗震分析，同时为了考虑相邻结构的影响，建模时将相邻桥跨也一并

5、模拟，两个模型选取的墩柱总高度也基本一致，在25m～29m之间。主梁一致纵飘2．278主梁一致纵飘主梁和桥墩均采用空间梁单元模拟。在支座主梁相对纵飘1．643主梁相对纵飘模拟时，将弹性支座处理为主梁和墩顶采用弹簧上下层主梁相对纵飘1．464主梁对称侧弯单元模拟，由于主梁和墩顶之间每排均设有多个上下层主梁相对纵飘1．295主梁反对称侧弯支座，在模型中均进行了适当的合并。在地震反应高梁¨s主梁高阶相对纵飘⋯对称侧弯分析中，考虑到桩基础的刚度和土层的特性对结主梁高阶反构地震响应的影响，桥梁桩基础通过在承台底部6O．735

6、下层主梁相对纵飘0．979对称侧弯加上六个方向的弹簧来模拟桩基础的作用。为了主粱高阶70．731主梁对称侧弯0．858能更真实模拟实际情况，建模过程中考虑了上层对称侧弯桥面连续部分的影响，而下层是轨道交通，建模时上下两层主梁80．683主梁对称侧弯0．805相对纵飘把轨道对主粱的连接作用也考虑进去。门式墩及90．643扭转O．725扭转独柱墩动力计算模型分别如图3、图4所示。100．630上下层主梁相对纵飘0．720扭转12345震)及50a3％超越概率(相当于E2地震)、阻尼比1l1OO为5％的场地加速度反应谱，

7、反应谱见图5所示。24踢8O1输人方向组合分别为：纵向+竖向和横向+竖向。计算结果取前300阶进行组合，组合方式为CQC组合，计算结果汇于表2表5。图3门式墩动力计算模型籁霎醴摧图4独柱墩动力计算模型2．2动力特性周期／0分析和认识桥梁的动力特性是进行结构抗震图5地震影晌系数反应谮图示性能分析研究的基础，根据图3、图4的动力计算由表2一表5可知，横梁地震反应门式墩均大模型，对两种桥墩结构模型进行动力特性分析，结于独柱墩，特别是横向地震反应门式墩远大于独果如表1所列。柱墩，门式墩剪力效应一般都大于独柱墩，而弯矩由表1

8、可知，两个模型的第一阶振型均为纵效应则是除上层柱顶位置外，其余均是门式墩纵飘，表明纵向刚度均较横向刚度小。而门式墩模型向大，独柱墩横向大。可见，大部分的地震反应均第一阶振型周期短于独柱墩，说明门式墩纵向刚是门式墩较独柱墩大。两者上部结构质量一致，而度大于独柱墩。其次，门式墩模型第一阶横向振型且墩柱高度也接近。造成这一现象的主要原因是出现在第7阶，独柱墩模型第