左翔文
摘 要：目前，桥梁结构的抗震分析已被人们所广泛关注，因为地震的发生不仅会在一定程度上对人们的正常出行造成影响，还会直接影响我国经济的正常运行。鉴于此，以某连续刚构桥为研究对象进行抗震分析，分别验算其在E1和E2地震作用下的响应结果，验算的主要内容包括E1地震作用下桥墩的强度是否满足规范要求和E2地震作用下桥墩的抗剪和墩顶位移是否均满足规范要求。
关键词：桥梁工程 刚构桥 地震作用 强度验算 位移
中图分类号：U448.23 文獻标识码：A文章编号：1672-3791（2021）05（b）-0079-03
Abstract： The study of anti-earthquake on bridge structure has been widely concerned recently is that the occurrence of earthquake will not only affect people's normal travel to a certain extent， but also impede the economic development directly. In view of this， a continuous rigid frame bridge was taken as the research object for anti-earthquake analysis here to check the response results of the bridge in earthquake effect E1 and E2 respectively. The main contents of the test include： whether the strength of piers under the effect of E1 and the shear resistance of the bridge pier and the displacement of the pier top under the effect of E2 are meet the requirements of the specification.
Key Words： Bridge engineering; Rigid frame bridge; Earthquake effect; Strength examination; Displacement
桥梁结构作为交通线路中的重要“咽喉”，起着不可替代的作用。现阶段，各种各样的桥梁结构应运而生，以致桥梁的设计和施工要求也随之提高。在设计过程中，复杂桥梁结构的抗震分析[1]被视为重要的一环，这不仅是因为地震作用的不确定性，同时还因为地震作用的发生可能会造成严重的破坏，以致整个交通网络的瘫痪。桥梁结构的抗震分析[2]不仅需要考虑非线性问题[3]，还应考虑桩土之间的相互作用[4]以及阻尼等问题。基于此，该文将以某大跨连续刚构桥为研究背景，对其桥墩进行E1和E2地震作用[5]的抗震分析，以便为后续类似桥梁工程项目提供一定的参考价值。
1 工程概况
该桥梁结构为主跨为是190 m，边跨为103 m的连续刚构桥，主桥桥面总宽21.5 m。全桥桥型布置图见图1所示，墩号从左侧小里程端到右侧大里程端分别为1#墩、2#墩、3#墩及4#墩。
主墩均为双肢薄壁墩，两墩中心之间的距离为9 m，单肢墩柱尺寸为16.5×2.6 m（横桥向×顺桥向），墩高41.9 m;边墩尺寸为16.5×2.5 m（横桥向×顺桥向），墩高分别为21.3 m和14.6 m。主墩承台尺寸为17.3×23.8×5 m（顺桥向×横桥向×高），边墩承台尺寸为8.4×18.4×3 m（顺桥向×横桥向×高）。主墩承台下采用2.5 m直径的桩，顺桥向3排，横桥向4排，共12根桩，桩长25 m;边墩承台下采用2.0 m直径的桩，顺桥向2排，横桥向4排，共8根桩，桩长20 m。
混凝土等级：主梁采用C60，桥墩采用C40，承台和桩基均采用C30。边墩墩顶采用GPZ（KZ）抗震盆式橡胶支座，主墩与主梁固结无支座。
为了准确模拟该大跨桥在地震作用下的反应，分别在小里程端和大里程端建立了与之相连的两跨简支梁，桩土相互作用[6]采用“m”法土弹簧模拟。全桥单元数量：单元 767个，节点数量 818个。
2 桥梁抗震基本参数
2.1 桥梁类型
该桥梁结构主跨跨径为190 m，超过150 m，被定义为A类。
2.2 抗震烈度及标准
该连续梁的场地抗震基本烈度[7]为7度，设计基本地震加速度为0.10 g，特征周期为0.40 s。地震基本烈度7度，抗震设防措施等级采用8度抗震措施标准。
2.3 场地类别
场地岩层单斜，地层结构简单，拟建桥梁位于龙泉驿断层东侧约2.85 km，位于仁寿断层西侧3.30 km，断层对岩体结构影响不大，钻孔揭示岩芯较完整，新构造运动不强烈，地震基本烈度为Ⅶ度，区域稳定性好，属三级地。
2.4 E1地震反应谱的确定
根据《公路桥梁抗震设计细则》（JTGT 2231-01—2020）（以下简称抗震细则）的9.3节，该刚构桥在E1地震作用下可采用多振型反应谱法分析。可根据如下公式进行阻尼比为0.05的水平向设计加速度反应谱S的确定和水平方向上最大的设计加速度反应谱Smax的确定。
式中：Tg代表特征周期（s）;T代表结构自振周期（s）;Smax代表水平方向上的最大的设计加速度反应谱;Ci代表抗震重要性系数;CS代表场地系数;Cd代表阻尼调整系数;A代表水平方向上的最大的设计基本地震加速度值。
2.5 E2地震时程分析的确定
该桥梁结构需进行3组时程波验算，并最终选取3组计算结果的最大值。其中两条波为实际地震波记录，另一条地震波采取人工擬合的方式确定。该文采用的其中一条实际地震波为MIDAS[8]自带的H24_T1-III-2（2011， TOHOKU-Coast， EW），其最大峰值加速度达到0.585 5 g，持续时间240 s。
2.6 建模注意事项
基于MIDAS软件建立抗震模型，单元质量采用集中质量代表，对结构模型进行反应谱分析和时程分析计算，荷载组合采用CQC，特征值分析采用多重Ritz向量法，考虑质量参与率90%以上振型。
2.7 内力组合
E1地震工况下按照4种工况进行验算，分别是工况1：恒荷载+顺桥向地震力包络;工况2：恒荷载+横桥向地震力包络;工况3：恒荷载+竖向地震力包络;工况4：工况1-3的包络。
E2地震工况下按照恒荷载+三条地震波包络计算。
3 E1地震作用下桥墩验算
主墩的顺桥和横桥向均布置两排直径28 mm的钢筋，边墩的顺桥和横桥向均布置一排直径22 mm的钢筋。根据内力图，判定小里程端边墩和主墩受力最不利，可仅分别对这两个桥墩进行强度验算，结果见表1，表中轴力值的单位为kN，弯矩值的单位为kN m。根据表中数据可知，E1地震工况下该桥的边墩和主墩均能够满足强度要求。
4 E2地震作用下桥墩验算
4.1 弯矩-曲率分析
利用MIDAS软件对桩基和桥墩做弯矩-曲率分析，图2为1#主墩在两个方向上的弯矩曲率结果图，其中横坐标代表曲率，单位为1/m;纵坐标代表弯矩值，单位为kN m。
4.2 桥墩抗剪验算
依据《抗震细则》的6.7节和7.3.4节开展桥墩做抗剪强度验算，其中主墩的箍筋直径为16 mm，边墩箍筋直径为12 mm，具体验算结果见表2所示，表中剪力值的单位为kN，弯矩值的单位为kN m。根据表2中数据可知，设计的箍筋肢数和箍筋直径能够满足抗剪要求。
4.3 桥墩墩顶位移验算
依据《抗震细则》的7.4节开展桥墩墩顶的位移验算，结果见表3，表中仅罗列了1#墩和2#墩分别在顺桥向和横桥向的墩顶位移验算结果，根据表3中数据可知，墩顶实际产生的位移值小于容许位移值，即满足规范要求。
5 结语
该文以某连续刚构桥为分析对象，分析了E1和E2地震工况下桥墩的相关验算。首先，分析了E1地震工况下的桥墩强度验算，目的在于验算桥墩的配筋是否满足相应的规范要求;其次，分析E2地震作用下桥墩的抗剪验算和墩顶位移，目的在于验算桥墩的箍筋和桥墩的变形是否满足规范要求。通过对该连续刚构桥在E1和E2地震作用下的响应结果，可知该桥梁结构的桥墩结构能够满足抗震规范中的相关要求，即该桥梁结构的桥墩设计具有可靠性。
参考文献
[1] 刘晓刚.山区高速公路桥梁的抗震设计和加固设计[J].交通世界，2020（Z2）：102-103.
[2] 肖银涛，何江明.浅谈公路桥梁抗震设计[J].建材与装饰，2017（32）：257-258.
[3] 张志新.大跨度桥跨抗震设计实用方法[J].科技创新导报，2018，15（27）：58-59.
[4] 刘培玲.考虑土桩相互作用的高铁桥梁抗震性能分析[D].北京交通大学，2015.
[5] 卢晓斌.（60+100+60）m连续梁桥地震响应分析[D].石家庄铁道大学，2017.
[6] 冯华.我国公路桥梁抗震设计中的问题及改进思考[J].中国战略新兴产业，2019，7（12）：175.
[7] 高文军，海燕.公路大跨度桥梁建设期抗震设防标准研究[J].桥梁建设，2021，51（2）：47-53.
[8] 葛俊颖.桥梁工程软件MidasCivil使用指南[M].北京：人民交通出版社，2013：101-120.
