京沪高速铁路沧德特大桥地震反应分析

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1、京沪高速铁路沧德特大桥地震反应分析张永亮，徐家林，孙建飞43京沪高速铁路沧德特大桥地震反应分析张永亮，徐家林。。孙建飞(1．兰州交通大学甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室，甘肃兰州730070；2．兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州730070)摘要：沧德特大桥为京沪高速铁路上的一座(8O+128+80)m连续梁桥，为评估该桥的抗震性能，建立全桥有限元动力分析模型，进行动力特性分析、弹性及弹塑性时程反应分析，并根据2009年版《铁路工程抗震设计规范》三水准抗震设防要求进行抗震性能验算。分析结果表明：该桥纵向、横向1阶自振周期均小于1．0S，与地震动的

2、主要周期存在共振成分，地震反应较大；多遇地震作用下，桥墩及桩基础的强度满足规范要求；设计地震作用下，支座抗剪能力满足规范要求；罕遇地震作用下，桥墩纵、横向抗剪能力及塑性铰区的变形能力均满足规范要求。该桥满足了“小震不坏，大震不倒”的抗震设防目标。关键词：铁路桥；连续梁；时程分析；地震反应；弹塑性；抗震评估中图分类号：U448．13；U442．55文献标志码：A文章编号：1671—7767(2013)06—0043—051引言为0．5S，设计地震下地面峰值加速度为0．13g。主我国位于世界两大地震带——环太平洋地震带梁采用C50混凝土单箱单室结构，跨中

3、梁高5．6m，和亚欧地震带之间，是地震最活跃的国家之一。建中墩处梁高9．6m，采用二次抛物线形渐变。箱梁设中的四纵四横高速铁路网也大多地处高烈度地震顶板总宽13．4m，底板总宽7．0m。下部结构为圆区，因此高速铁路桥梁的抗震性能受到了国内专家、端形实体桥墩(纵向、横向尺寸分别为4．5m、11．6学者的高度重视。历次桥梁震害现象表明l1]，桥m)，基础为钻孔灌注桩(桩径为1．5m，桩长为73梁的震害形式主要有桥墩破坏、支座破坏、梁间碰撞m，采用行列式布置，共24根)，地基土以粉质粘土及落梁等。2008年汶川地震中，公路钢筋混凝土桥及粘土为主，经初步判定

4、可不考虑液化的影响。38墩的主要破坏形式为弯曲破坏和剪切破坏。而铁路号、39号桥墩及桩基础均采用C30混凝土。支座采重力式桥墩的破坏形式则表现为墩身出现了环形、用盆式橡胶支座，39号墩为固定墩。全桥总体布置十字形裂纹及贯通环形裂缝，桥墩弯曲受压引起混示意如图1所示。凝土开裂与剥落破坏以及墩身的剪切破坏。可见，铁路桥梁的震害具有不同的特点，其抗震设计也有3地震动设防水准及桥梁抗震体系其特殊性。3．1地震动设防水准本文依据2009年修订版《铁路工程抗震设计规由于该桥主跨为128m的预应力混凝土连续范》(本文简称《震规》)中规定的三水准抗震设防目梁，已经超

5、出了《震规》的适用范围，仅参考该规范进标，即“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计思想，行了合理的抗震设计。根据该铁路等级在路网中的采用线性及非线性时程反应分析方法对京沪高速铁重要性及桥梁修复难易程度，初步确定该桥的抗震路沧德特大桥进行地震反应分析，并对该桥在多遇设防类别为B类，多遇地震作用重要性系数C一地震及罕遇地震下的抗震性能进行评估。1．5，设计及罕遇地震作用C一1．0。3．2桥梁抗震体系2工程概况(1)桥梁延性抗震体系。该桥在一联桥跨(三沧德特大桥主桥为(80+128+80)m双线连续跨一联)中仅设置1个固定墩，在地震荷载作用下，箱梁桥，引桥

6、为32m预应力混凝土简支梁桥。地由于上部结构的惯性力主要由固定墩承担，因此固震基本烈度为7度，场地类别为Ⅲ类，场地特征周期定墩必须满足强度及延性的要求。针对该桥的结构收稿日期：2013—05—29基金项目：国家自然科学基金项目(51368034)作者简介：张永亮(1975一)，男，副教授，2000年毕业于兰州交通大学桥梁工程专业，工学学士，2005年毕业于兰州交通大学防灾减灾及防护工程专业，工学硕士(E-mail：zhangyong—L@126．corn)。44世界桥梁2013，41(6)；令}双向活动支座中}向活动支座：—：：：：『，单向活动支座@

7、固定支座：号：◎⑩⑩⑩单位图1沧德特大桥总体布置示意及场地特点，该桥优先选择延性抗震体系以抵抗强表l沧德特大桥自振特性震，即地震作用下利用桥墩发生塑性变形，延长结构周期，耗散地震能量。(2)桥墩破坏模式判定。墩高与沿剪力方向截面高度之比≥2．5时，可视为弯曲破坏模式；小于2．5时，则视为剪切破坏模式。经判定，该桥39号固定墩纵向为弯曲破坏模式，横向为剪切破坏模式。4结构动力特性分析(a)1阶振型4．1有限元计算模型结构动力特性及弹性地震反应采用有限元软件ANSYS建模分析，梁、墩及承台均采用空间梁单元Beam4模拟。邻跨简支梁质量的影响利用集中质量单

8、元Mass2l模拟，顺桥向施加在边墩墩顶，质量为邻跨简支梁的质量和二期恒载质量之和，横桥向(c)3阶振型施加