铁路高墩大跨度连续刚构桥抗震设计分析

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1、铁路高墩大跨度连续刚构桥抗震设计分析卢三平51铁路高墩大跨度连续刚构桥抗震设计分析卢三平(中铁二院昆明勘察设计研究院有限责任公司，云南昆明650200)摘要i为保证在罕遇地震下桥梁结构满足规范要求，以主跨120m的高墩大跨连续刚构桥——云南万拉木特大桥为例，运用MIDASCivil建立连续刚构桥空间有限元模型，对其进行动力特性及罕遇地震作用下的非线性时程分析，并优化延性抗震设计。分析结果表明：桥梁振型以梁墩的横向振动为主，第1阶横向侧弯的自振周期为1．697S，全桥最大振幅出现在桥墩墩顶位置。在罕遇地震(50年超越概率为2)

2、作用下，中跨墩顶、底受力较大，均已进入屈服，但其弯矩均小于钢筋极限弯矩，桥梁满足“大震不倒”抗震性能目标。对塑性铰区进行优化，将墩底以上3m空心与实体分界位置处截面外层部分主筋弯折，形成最不利塑性铰区域．力Ⅱ强墩顶、底塑性铰区域横向约束钢筋布置，提高墩柱延性。关键词：连续刚构桥；动力特性；罕遇地震；抗震设计；时程分析中图分类号：U448．23；U442．55文献标志码：A文章编号：1671—7767(2015)02—0051—041前言丽江香格里拉随着云南高速铁路建设的快速发展，跨越高山24752475．．649047大河的

3、高墩大跨桥梁逐渐增多。云南地处高烈度地震区，地震灾害严重，高墩大跨桥梁的抗震设计尤为重要。本文以丽江至香格里拉铁路项目中的万拉木特大桥为背景，利用三维有限元软件MIDASCivil对该连续刚构桥进行抗震设计非线性时程分析，并提出延性抗震设计的有效措施。3号单位：cm2工程概况图1万拉木特大桥立面布置丽江至香格里拉铁路位于云南省西北部，从丽表1地表水平向设计地震动峰值加速度gal江出发，跨越虎跳峡，途径小中甸至香格里拉，线路5O年超越概率下的加速度100年超越概率下的加速度全长约161km。万拉木特大桥全长357．60133．

4、，桥63％1O2631O3％梁孔跨布置为：2×24m简支梁+(64+120+64)m连续刚构桥+2×24m简支梁。主跨120m跨越冲越概率2地震动时程曲线如图2所示。江河，3号、4号桥墩高分别为82．5m和60m。万拉木特大桥立面布置如图1所示。4动力特性分析3地震动参数采用MIDASCivil建立该连续刚构桥三维有限万拉木特大桥桥址处场地属于Ⅱ类场地，反应元计算模型(见图3)，主梁、桥墩和桩基均采用梁单谱特征周期为0．35S，地表水平向设计地震动峰值元模拟。通过在桩基梁单元上施加侧向土弹簧模拟加速度如表1所示。根据《新建丽

5、江至香格里拉铁桩土相互作用，弹簧刚度采用m法计算。通过在边路重点工程场地地震安全性评价报告》中给出人工墩施加集中荷载，模拟相邻简支粱跨作用在连续刚地表加速度时程，共6组超越概率(50年超越概率构上的荷载口]。表2列出了计算得到的前5阶自63％、10、2％和100年超越概率63、1O、振周期及其振型描述。3)，每组概率水准下5条时程，其中1条50年超通过对自振周期及振型分析[-4~63，得出：收稿日期：2014一l1—21作者简介：卢三平(1972一)，男，高级工程师，1996年毕业于长沙铁道学院土木工程专业，工学学士(E-m

6、ail：499517468@qq．corn)。52世界桥梁2015，43(2)锄姗瑚mo啪湖伽(3)第5阶为主梁对称竖弯，频率为I．575Hz，说明该桥的竖向刚度大于纵横向刚度，使得竖向振型晚于纵横向振型出现。5罕遇地震作用下的非线性时程分析暑连续刚构桥是将主梁梁体受力通过主梁与墩柱的刚性连接传至墩柱，因此连续刚构墩梁结合部的受力较为复杂。文献资料表明L7]，国内、外多数大跨时间／s连续刚构桥均以空心双臂墩支撑梁体，通过两墩壁上延伸人梁体而形成梁内横隔板。万拉木特大桥3图2万拉木特大桥50年超越概率2％地震动时程号、4号桥墩

7、较高，且两墩高差较大。桥位处地震烈——————度较高，设计时考虑主墩与主梁固结，采用变截面矩l主形空心墩，由2个双壁墩在竖向传递一对梁上的反ll耋狰{l萎耋i蓊力，此种形式的墩梁结合部位传力路线相对明确。根据《铁路工程抗震设计规范》(GB501l1—堕2006)，钢筋混凝土桥墩在罕遇地震作用下的弹塑性变形分析宜采用非线性时程分析法，同时提出了延性抗震概念设计。延性是构筑物超过弹性阶段的抗震能力，是评判构筑物抗震能力强弱的重要指标。万拉木特大桥采用罕遇地震(50年超越概率为2)图3万拉木特大桥三维有限元模型下的地震动时程进行计

8、算分析，选用前3组地震波表2万拉木特大桥前5阶自振周期及其振型描述进行计算，桥墩顺桥向、横桥向罕遇地震作用计算结果如表3、表4所示，各墩顶位移如表5所示。由表3～表5可知：(1)顺桥向罕遇地震作用下，桥墩弯矩在墩顶和墩底分别达到极大值，3号墩和4号墩墩顶最大弯矩分别为1．20×10kN·r