基于Midas Civil建模对大跨连续刚构桥的抗震分析

林长峰

（广西交通职业技术学院，广西 南宁 530023）

0 引言

本文采用Midas Civil建立桥梁结构的空间三维动力计算模型，计算模型中的梁体和墩柱采用空间杆系单元模拟；对墩柱和梁体的单元根据结构的实际动力特性进行划分。对工程的抗震性能要求I级的情况下，使用线性反应谱方法分析桥梁的结构稳定性，要求在E1地震作用下，达到地震后不破坏或轻微破坏的效果，应能保持桥梁的正常使用功能；结构处于弹性工作阶段；不因结构的变形导致轨道的过大变形而影响行车安全的目标。

1 工程概况

该桥系某市梅教街－武湖市政工程的一座大桥，主桥为（60＋100＋100＋60）m刚构连续梁桥，梁桥全长320m，桥梁布置如图1所示。边支点顶板宽9.4m，底板宽5.4m，梁高3.5m；中支点顶板宽9.4m，底板宽5.4m，梁高6.5m。

图1 （60＋100＋100＋60）m刚构连续梁桥全桥布置图（m）

2 计算模型及荷载

根据设计图纸的结构布置和施工方法，采用桥梁有限元软件Midas Civil建立结构有限元分析模型，对（60＋100＋100＋60）m刚构连续梁桥进行抗震设防专项论证。

2.1 荷载分类及组合

桥梁抗震验算的荷载，采用表1所列的荷载进行最不利的组合及抗震计算。

表1 桥梁荷载表

抗震验算时，双线桥只考虑单线活载，分别按照有车、无车进行计算；当桥上有车时，顺桥向不计算活载引起的地震作用；横桥向计入50%活载引起的地震力，作用于轨顶以上2m处，活载竖向力按列车竖向静活载的100%计算。桥梁抗震验算时，分别计算顺桥向和横桥向的水平地震作用。

2.2 计算建模

采用Midas Civil建立桥梁结构的空间三维动力计算模型。计算模型中的梁体和墩柱采用空间杆系单元模拟；进行非线性时程分析时，墩柱采用反映结构弹塑性动力行为的单元。墩柱和梁体的单元根据结构的实际动力特性进行划分，单元质量采用集中质量代表，混凝土结构的阻尼比按0.05取值；支座单元及桥梁结构各边界条件按表2采用。

表2 边界与连接条件关系表

分析模型时考虑桩土的共同作用，桩土的共同作用用等代土弹簧模拟，等代土弹簧的刚度采用表征土介质弹性值的m参数来计算。

桥墩的结构坐标系遵循右手法则，计算结果的荷载正方向示意图如图2所示，其中X正向指向线路前进方向。

3 抗震计算及分析

3.1 桥梁动力特性

桥梁动力特性分析是研究桥梁振动问题的基础。为了计算地震作用下桥梁结构的动力响应，必须首先计算桥梁结构的动力特性。连续梁桥动力特性见表3。

图2 桥墩结构坐标系示意图

3.2 E1地震作用桥墩控制截面计算

对刚构连续梁50＃～54＃桥墩墩底进行静力计算，得出结果后，按E1地震作用下重点设防桥梁抗震性能要求为I类，采用线性反应谱法进行验算。对作用在桥梁上的荷载进行最不利组合，桥墩控制截面的内力组合结果见表4～9。

表3 刚构连续梁桥动力特性表

表4 E1地震作用下50＃桥墩墩底内力汇总表

表5 E1地震作用下51＃桥墩墩底内力汇总表

表6 E1地震作用下52＃桥墩墩顶内力汇总表

表7 E1地震作用下52＃桥墩墩底内力汇总表

表8 E1地震作用下53＃桥墩墩底内力汇总表

表9 E1地震作用下54＃桥墩墩底内力汇总表

3.3 截面计算参数

刚构连续梁桥墩计算参数和墩底截面纵向钢筋布置形式见表10。

表10 桥墩计算参数及墩底配筋表

4 结语

本文以梅教街－武湖市政工程项目的一座（60＋100＋100＋60）m刚构连续梁桥为例，其在E1地震作用下重点设防桥梁抗震性能要求为I类，采用线性反应谱法进行验算，得出结论：在E1地震作用下，墩身强度满足规范要求；截面配筋满足抗震构造要求；桥墩处于弹性工作阶段；桩基础整体抗震性能满足抗震规范要求，地震后能够保持其正常使用功能。