杨湾河特大斜拉桥引桥部分抗震性能研究

邓旻 ，李健 ，卜旭东

（1.安徽路桥工程集团有限责任公司，安徽 合肥 230001；2.安徽阳望交通建设有限公司，安徽 安庆 246200；3.合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009）

1 引言

地震，作为地壳运动的一种表现形式，与地质构造有着紧密的联系，具有很大的破坏性和随机性[1]，其突发性和毁灭性不言而喻。随着我国经济实力的不断提高，交通事业不断发展，人们对交通线路的依赖程度也更加强烈，而桥梁作为交通重中之重，如果发生破坏或倒塌，将对灾后的救援工作造成极大困难。因此本文选取杨湾河特大跨径斜拉桥为工程背景，对其桥梁结构的抗震性能进行研究，评估桥梁的抗震性能。

2 抗震设防标准

目前，世界各国普遍趋向于采用多级设防的抗震设计思想，“小震不坏，中震可修，大震不倒”的三级设防思想已被广泛接受，其中，两水准设防、两阶段设计的抗震设计方法较为成熟。

杨湾河特大桥属于G347安九二期一级公路工程，位于望江县境内，桥梁全长1322m，桥跨布置为主桥365m，左右引桥各160m，左右各桥台3.5m。根据设计道路等级和桥址场地的地震活跃性，抗震设防分类属于A类，根据《中国地震动参数区划图》，E1水准相当于基本地震动，E2水准相当于罕遇地震动，其峰值加速度宜按基本地震动峰值加速度的1.6～2.3倍确定，所以可以引桥得到两个水准设计地震（E1地震和E2地震）的地震调整系数Ci分别为0.5和1.7。

3 抗震性能研究

3.1 有限元模拟

采用桥梁抗震分析软件SAP2000 v14.1.1进行杨湾河特大桥的地震响应分析，将结构离散化，包括桥梁结构本身（上部结构、下部结构）的单元划分和边界处理等。左右引桥有限元模拟见图1（本文仅分析右引桥部分）。

图1 杨湾河特大桥引桥抗震有限元分析模型

3.2 地震动输入

在抗震分析中，引桥取地表100年10%（E1地震作用）和100年5%（E2地震作用）超越概率下的加速度反应谱作为水平地震荷载，竖向地震荷载取水平地震荷载的0.5倍，阻尼比为0.03的水平设计加速度反应谱可由下式确定：

杨湾河特大桥的场地特征周期为0.45s，地震动基本加速度峰值为0.065g。上式中，Tg表示桥址场地的特征周期；T表示桥梁结构的自振周期；Smax表示水平设计加速度反应谱最大值可通过下式确定：

A表示E1或E2地震作用下水平向地震动加速度峰值；Ci是桥梁抗震重要性修正系数；Cd是阻尼调整系数，除有专门约定外，结构的阻尼比应取值0.05，此时Cd取值1.0。当结构的阻尼比按有关规定取值不等于0.05，阻尼调整系数Cd应按下式取值：

一般公路桥可只考虑水平向地震作用，直线桥可分别考虑顺桥向X和横桥向Y的地震作用。但杨湾河特大桥为超大跨斜拉桥，竖向引起的地震效应很重要，应同时考虑竖向和水平向的地震作用。其地震动输入沿着顺桥向X和横桥向Y分别输入，并分别考虑竖向地震的作用，输入方向为X向+Z向，Y向+Z向。其中，Z向地震动由水平向地震动乘以0.5得到。

图2 地震水平向人工加速度时程反应谱与设计反应谱的对比

在进行时程分析时，地震动输入分别采用50年55%超越概率（重现期63年）和50年2%超越概率（重现期2450年）的场地水平加速度时程。引桥地震水平向人工加速度时程反应谱与设计反应谱的对比如图2所示。

根据引桥地震水平向人工加速度时程反应谱与设计反应谱进行对比，可以看到，两者吻合良好。

3.3 结果分析

在控制截面抗弯验算中采用X-TRACT计算在实际轴力作用下各个关键截面的实际抗弯能力，从而与实际弯矩进行对比，求出能力需求比来判断截面或桩的能力是否满足实际要求。在地震作用下，按前述地震波进行非线性动力时程分析，可以得到桥梁各构件关键截面的地震响应，并按照最不利荷载组合进行截面抗弯验算，其中荷载为恒载与地震荷载的组合。桥墩抗弯能力、支座抗剪能力以及阻尼器验算见表1、表2和表3。

控制截面抗弯验算 表1

固定和单向支座抗剪验算 表2

阻尼器阻尼力验算 表3

图3 桥墩控制截面能力响应对比

图4 右引桥支座抗剪验算能力响应对比图

可以看到，控制截面最大轴力4140.26kN，最大弯矩为810.21，最大剪力219.82kN，在地震作用下，各关键截面的抗弯能力，抗剪能力均大于其在地震下的响应，各支座抗剪验算均通过，阻尼器阻尼力验算通过，所以在地震作用下结构未发生破坏，满足抗震要求。

4 结论

①通过有限元软件SAP2000建立引桥结构的空间抗震有限元分析模型，该模型能够正确反映桥梁上部结构、下部结构、支座和地基的刚度、质量分布及阻尼特性，并考虑相邻结构及边界条件的影响。

②杨湾河特大斜拉桥引桥，线弹性反应谱分析和非线性动力时程分析两种方法的计算结果进行了对比，两者吻合良好。引桥固定墩处纵向剪力、弯矩出现大幅上升，符合理论预期，各关键截面在设计配筋率下的抗弯性能均满足预期抗震性能目标。