双柱式桥墩刚度对桥梁地震响应分析-论文.pdf

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1、第3l卷第3期华东交通大学学报V0I．31No．32014年6月JournalofEastChinaJiaotongUniversityJun．，2014文章编号：1005．0523(2014)03．0029。06双柱式桥墩刚度对桥梁地震响应分析陈水生，黄里(华东交通大学土木建筑学院，江西南昌330013)摘要：为研究桥墩刚度对高墩桥梁抗震性能的影响，以带溪高架桥为研究背景，利用midas—civil选波工具选取合适地震波，建立了一致激励地震作用下的连续梁桥，并考虑P一△效应和非线性的影响，分析桥墩高度、桥墩截面尺寸及

2、形式对桥梁抗震影响。通过改变墩径(墩径由1．2m变化至2．4m)抗震分析表明双柱墩直径对墩顶位移影响效果并不明显，墩径过大会导致桥墩内力较大；对不同墩高(墩高由20m变化至50m)地震响应分析表明墩高对墩顶位移起到控制作用，但墩高变化对桥墩所受轴力影响不大；由于P一△效应和约束影响，全桥为中间高墩、两边矮墩时具有较小的地震响应；在墩高为30m情况下，相对于薄壁墩和实体墩，双柱式墩具有较好的抗震性能。关键词：连续梁桥；桥墩刚度；地震响应；时程分析中图分类号：U213文献标志码：A随着全国范围基础建设的发展和桥梁结构研究的

3、不断深入，高速公路上出现大量的高墩桥梁，桥墩的截面形式及尺寸受地形情况而变化，目前常采用的主要有柱式墩、重力式桥墩、空心薄壁墩等形式，其中双柱墩由于其施工方便和经济陛而在高速公路桥梁中广泛使用⋯。双柱式高墩桥梁上部结构具有较大质量，整个桥梁结构相当于“头重脚轻”的倒摆式结构体系，在地震作用下，相邻桥墩、支座和主梁形成一个整体，共同抵抗地震作用，将形成相邻桥墩间的耦合振动发生荷载的传递。而桥墩刚度和形式在地震荷载的传递和内力的分配起到关键的作用，同时影响结构的震动响应。在“基于Midas—civil圆形双柱式墩结构承载能

4、力影响因素分析”口文中较好地阐述了在正常使用下，上部结构跨径为30m的6片T梁，下部墩高为30m的情况下，桥墩直径取1．8m、配筋率取1％较为合理，并能满足承载力和稳定性验算；在相同抗震设防烈度下，双柱墩承载能力随截面配筋率和直径增大而提高，稳定性越好。然而在地震作用下，桥墩所受轴力是个变化值，桥墩刚度大小将随动轴力变化；等高双柱墩会产生轴力一刚度的耦合作用，该作用效果对墩顶位移可忽略不计，但对内力影响较大。因此桥墩在地震作用下内力分布应充分考虑动力效应；同时桥墩内力分布受墩梁相对刚度影响。目前研究中主要探讨了边界约束

5、和非线性对桥梁地震响应分析，较少系统的从结构刚度分析地震响应，而结构刚度对地震响应起到控制的作用，因此系统地研究双柱墩刚度的各种因素对桥梁抗震的影响很有必要。文中以一个工程实例为背景，结合已经优化的双柱墩相关参数⋯，探讨桥墩截面形式、桥墩直径及桥墩高度3个因素对桥梁结构的抗震影响，并得出抗震设计中合理桥墩刚度的选择。1地震响应有限元模型本文以“奉新至铜鼓(赣湘界)高速公路新建工程带溪高架桥”为背景进行抗震分析和研究。收稿日期：2014—04—20基金项目：江西省自然科学基金项目(20l14BAB216O08)；江西省交

6、通厅重点科技项目(2011000002)作者简介：陈水生(1968一)，男，教授，博士，主要研究方向为桥梁工程结构振动与控制。30华东交通大学学报1．1模型建立1)单元模拟。该桥梁结构为5x30m的连续梁表11#～4#桥墩高度数据桥。上部结构为预应力混凝土(后张)6片T梁，T梁尺Tab．1The1#to4#Piersheightdata寸采用通用设计，并用弹塑性梁单元进行有限元模拟；各片主梁之间采用虚拟梁连接。下部桥墩采用双柱式桥墩，墩径为1．8m，最大墩高31m，最低为4m，每10m设置一道尺寸为(1．6mX1．2m

7、)的横系梁，桥墩实际高度尺寸如表l所示，表中h，h2分别表示双柱式左右桥墩的墩高。下部结构采用弹塑性纤维单元模拟；并用midas—civil有限元软件建立全桥3D模型。2)边界模拟。支座：支座模型采用板式橡胶支座，根据支座规范计算支座刚度，并根据计算结果进行弹性连接。除桥台外，主梁和桥墩采用主从约束，其中3#墩设为固定墩。墩底：墩底采用固结，即忽略基础的变形。3)荷载输入。模型中主要考虑恒载(二期和自重)和三向地震荷载，其中地震荷载根据场地和结构的特性选择地震波，并进行峰值调整，不考虑行波效应，相关地震波的选取见第1．

8、2部分内容。4)模型分析。为进行地震响应分析，取钢筋混凝土模态阻尼比为5％，首先通过集中质量法将模型中二期和结构质量转换到3D方向；然后采用Ritz向量法进行特征值分析和直接积分法对成桥进行结构动力时程分析。在地震作用下结构动力方程有[】{}+[c]{u(f)}+[K]{@}：p(￡)(1)式中：[M]，[C]，[K]分别对应结构