连续箱梁下部结构地震力计算分析
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摘要：介绍了成安渝高速公路某高架39+58+43m预应力混凝土连续梁桥地震力的计算情况，运用Midas Civil2010有限元程序，采用反应谱分析方法计算地震力，以便为大跨预应力混凝土连续梁墩身和基础部分抗震设计提供依据。
关键词：预应力，混凝土连续梁，反应谱分析，地震力
中图分类号：TU528.571 文献标识码：A 文章编号：
前言
随着公路交通事业的发展，公路交通系统已成为现代社会的生命线。地震时，最易受损的部分便是桥梁。震害使桥梁受到坏害，并且修复困难。我国是世界上多地震国家之一，在汶川地震中，仅汶川地区遭受不同程度破坏的桥梁占桥梁总长的62%，严重毁坏，倒塌的大、中桥梁占21%，其损失相当大，给地震后的救灾造成极大困难.可见，公路桥梁若缺乏正确的抗震设计，地震时桥梁将产生严重损坏。
1 概述
因地震引起的桥梁结构破坏主要是桥墩的破坏，本文结合实际工程，主要介绍了成安渝高速公路某高架桥预应力混凝土连续梁墩身、基础部分的抗震计算。根据《公路桥梁抗震设计细则》JTJ/T B02-01 -2008，运用MIDAS有限元程序，采用反应谱分析方法计算地震力，以便为抗震设计提供依据。
2 模型的建立
本桥上部结构为39+58+43m预应力混凝土连续箱梁，其横截面为单箱三室截面，桥宽16.25m，跨中梁高1.8m，支点处梁高3.5m。主墩柱高10.3m，墩身采用双柱式矩形桥墩，墩身截面尺寸为顺桥向2.6m，横桥向2m；过渡墩墩高12m，采用花瓶墩接盖梁的形式，墩身等截面尺寸为顺桥向1.4m，横桥向3.5m，所有支座均采用GPZ(II)盆式橡胶支座。
下部基础均采用承台接桩基础的形式，主墩采用4根桩径为1.6m的桩基，过渡墩采用2根桩基为1.6m桩基，采用端承桩。模型见图1。
图1：全桥有限元模型
3 荷载处理及参数取值
3.1 荷载处理
全桥整体建模，考虑上部箱梁自重及二期恒载自重，并在边墩侧加邻跨的恒载支点反力。支座与梁、桥墩采用铰接连接。支座竖向刚度视为无限大，水平刚度计算方法采用《公路桥梁抗震细则》6.3.7-2和6.3.7-3公式计算：
桥墩与盖梁、桩基连接处按刚性连接考虑，桩基按实际长度输入，桩基按桩-土作用施加节点弹性支承，弹性支承刚度按m法计算，节点弹性支座刚度k=0.9* (d+1)*a*z*m计算(注：d为桩径、a为单元长度、Z为从冲刷线至单元中部的距离)，桩基底部按固接考虑。
地震力计算采用规范：《公路桥梁抗震设计细则》JTJ/T B02-01-2008。
3.2 主要计算参数取值
水平向设计基本地震动加速度峰值A：0.1g
特征周期Tg：0.45s
场地类别：II类
抗震重要性系数Ci：1.7(E2作用)、0.5(E1作用)
场地系数Cs：1.0
阻尼调整系数Cd：1.0
由此得出E1和E2作用下反应谱曲线见图2、图3：
图2：E1反应谱曲线
图3：E2反应谱曲线
4 动力特性特征值计算结果
模态频率及周期
前10阶自震频率及周期：
5 计算结果
5.1 E1地震作用下计算结果
根据模型计算结果，组合采用抗震规范规定，对恒载和地震力进行系数为1的组合，并且，纵横向不同时组合，墩身计算结果及墩身强度计算如下：
E1作用下主墩最大内力
荷载 轴向(kN) 弯矩-y(kN*m) 弯矩-z(kN*m)
纵向最大 -12948.6 6528.23 187.09
横向最大 -11643.1 -1810.6 5868.38
E1作用下过渡墩最大内力
荷载 轴向(kN) 弯矩-y(kN*m) 弯矩-z(kN*m)
纵向最大 -9796.69 3479.88 186.89
横向最大 -11262.2 -1269.7 6250.47
主墩墩身配筋为88φ32 HRB335，过渡墩墩身配筋为78φ25 HRB335，分别取上表中最不利内力值进行强度验算，计算长度L0=1.2L（L为柱高），根据规范偏心受压构件验算，E1地震力作用下，桥墩强度均满足要求。
5.2 E2地震作用下计算结果
E2作用下墩身允许部分进入屈服，根据墩身各个方向的M-φ曲线，采用midas计算其屈服弯矩，其计算示意如图4所示：
图4： M-φ曲线计算
根据模型计算结果，组合采用抗震规范规定，对恒载和地震力进行系数为1的组合，并且，纵横向不同时组合，墩身计算结果及屈服弯矩如下：
E2作用下墩身最大弯矩及屈服弯矩
由上表可知在E2地震作用下各墩墩顶及墩底铰区均未进入塑性工作范围。
5.3 墩身能力保护构件计算
根据抗震细则第6.8.1条，结构未进入塑性工作范围时，采用E2地震作用内力值进行能力保护构件计算。Hn=10m。
主墩墩身剪力设计值Vc0计算表
当采用HRB335Φ10mm箍筋、间距为10cm时，根据抗震细则7.3.4条计算，桥墩柱塑性铰区域斜截面抗剪承载能力为：横向8095.8 kN，纵向14183.7kN。
过渡墩墩身剪力设计值Vc0计算表
当采用HRB335Φ16mm箍筋、间距为10cm时，根据抗震细则7.3.4条计算，桥墩柱塑性铰区域斜截面抗剪承载能力为：横向13193.1 kN，纵向7305.8kN。
由以上两表可知，主墩斜截面抗剪承载能力均满足规范要求。
6 结论
在E1两方向水平地震力作用下，桥梁处于弹性工作状态，墩柱强度满足规范要求；在E2两方向水平地震力作用下，结构受力处于弹性状态，桥墩满足强度要求，未发生塑性变形。
文中采用MIDAS软件建立了成安渝高速公路某高架桥39+58+43m预应力混凝土连续箱梁的空间有限元模型，研究了该桥的动力特性；根据《公路桥梁抗震设计细则》JTJ/T B02-01 -2008，采用反应谱法对桥梁的地震响应进行了分析。桥梁的抗震设计是一项综合性的工作，目前我国的桥梁抗震设计规范还很不完备，伴随着抗震理论的发展，要加强桥梁结构动力概念设计，选择较理想的抗震结构体系；延性对抗震来说是极其重要的一个性质，要重视延性抗震就要重视支撑连接部位的设计。采取有效抗震措施，进行正确有效的抗震设计，提高大跨度桥梁的抗震能力。
参考文献:
[1] 中华人民共和国行业标准（JTJ D60-2004）《公路桥涵设计通用规范》 北京：人民交通出版社，2004.
[2] 中华人民共和国行业标准（JTJ/T B02-01-2008）《公路桥梁抗震设计细则》北京：人民交通出版社，2008.
[3] 蒋正国，叶见曙．鄂黄长江公路大桥抗震设计研究[J]．公路交通科技，2000。
[4]范立础编著.桥梁抗震[M].上海:同济大学出版社,1997。
作者简介：龚巧艳(1982--)，女，湖南桃江人，汉族，硕士，路桥工程师，从事桥梁设计工作。