高速铁路长联大跨连续梁桥地震响应分析

1、144桥梁建设2006年增刊2文章编号:1003-4722(2006)S2-0144-03高速铁路长联大跨连续梁桥地震响应分析戴晓春,袁明,何庭国(铁道第二勘察设计院,四川成都610031)摘要:近年来,我国高速铁路建设迅速发展,。长联大跨连续梁桥相对一般桥梁而言,铁路上的乌龙江特大桥作为工程背景,为桥梁的抗震设计方案提供依据。关键词:铁路桥;:AResponseAnalysisofLongSpanandLongUnitContinuousGirderBridgesonHighSpeedRailwaysDAIXiao2chun,YUANMing,HETing2guo(The2ndSurveya

2、ndDesignInstituteofChinaRailways,Chengdu610031,China)Abstract:Intherecentyears,theconstructionofhighspeedrailwaysinChinahasattainedquickdevelopmentandmoreandmorelongspanandlongunitcontinuousgirderbridgeshavebeenbuiltontherailwaysintheseismiczones.Comparedtoothercommontypesofthebridges,thedynamicperf

3、ormanceandresponseofthelongspanandlongunitcontinuousgirderbridgesunderseismicactionaremorecomplicated.Inthispaper,backgroundedbytheWulongRiverBridgeonFuzhou2XiamenHighSpeedRailway,thelawsoftheseismicresponseofthetypeofthebridgesintheseismiczoneshavebeenresearchedandthebasesforseismicdesignofthebridg

4、esareprovided.Keywords:railwaybridge;continuousgirder;seismicresponse;seismicdesign;dynamicperformance1前言桥梁而言,其动力特性及地震响应更为复杂。本文以福建-厦门高速铁路上的乌龙江特大桥作为工程背景进行研究,旨在探究长联大跨连续梁桥在地震区的地震响应规律,为桥梁合理的抗震设计方案提供依据。2工程概况由于铁路桥梁荷载大、刚度要求高等特殊性,在地震活跃区修建大跨度预应力混凝土桥梁的实例并不多见。20世纪90年代,在南昆铁路的修建中,对地震区大跨度桥梁也有一些研究,如已经建成通车的主跨采用(64+

5、2104+64)m预应力混凝土连续梁的内昆线花土坡特大桥。近年来,随着我国高速铁路建设的迅速发展,越来越多的混凝土连续梁桥被修建于地震区,而长联大跨连续梁桥相对一般乌龙江特大桥是位于福建-厦门高速铁路上的一座双线连续梁桥,其跨度布置为(80+3144+收稿日期:2006-10-11作者简介:戴晓春(1976-),男,1999年毕业于西南交通大学地下结构工程专业,工学学士,2005年毕业于西南交通大学桥梁工程专业,工学硕士。高速铁路长联大跨连续梁桥地震响应分析戴晓春,袁明,何庭国14580)m,见图1。桥梁上部结构为单箱单室变截面箱梁,梁高6(跨中)11(根部)m,其间梁高按圆曲根据抗震分析的需

6、要,提取了结构的前300阶振型进行组合,前10阶自振特性见表1。表1结构的前10阶自振特性阶数12345678线变化。箱梁采用三向预应力体系;箱梁顶板厚50(跨中)75(根部)cm,底板厚48(跨中)100(根部)cm,顶板宽1340cm;墩顶设置横隔板。频率/Hz图1总体布置示意主墩为圆端形实体墩,m孔桩,主墩采用直径2.m支座,。3振型特征主梁纵向振动、3号墩纵弯主梁、墩身横弯主梁、墩身横弯主梁对称竖弯6墩身横弯4号主墩横弯主梁反对称竖弯从表1可以看出,该连续梁桥的振型比较复杂,包括了桥梁的纵向振动、横向振动和竖向振动,总的来看,具有以下特点:(1)由于连续梁桥仅在3号主墩设有固定支座,上

7、部结构结构质量较大,纵向刚度相对较弱,因此结构的一阶振型表现为主梁的纵向振动和3号主墩纵向弯曲。(2)在前10阶振型中有8阶表现为主梁的横向振动和墩身的横向弯曲,且振型较为密集,是结构的主要振型。本文采用大型通用有限元程序Midas/Civil经对桥址处进行地震地质勘察和分析得到场地地震动参数,该桥桥址场地土的平均剪切波速在157304m/s范围内,属于类场地土,根据中国计算中输入50年超越概率为63%的地震加速图2全桥有限元模型度反应谱进行主要构件强度和稳定性分析,地震反应谱曲线见图3。分析中按照多遇地震的峰值加速度0.04g,并考虑了1.4倍的重要性系数,进行构件强度和稳定4动力计算结果4

8、.1桥梁结构的自振特性结构的模态分析是结构动力分析的基础,忽略结构阻尼的影响模态分析的基本有限元方程为1:Mx+Kx=0式中x为结构加速度,x为结构位移,M、K分别为结构的整体质量矩阵和结构的整体刚度矩阵。图3地震反应谱曲线146桥梁建设2006年增刊2性的分析。桥梁的抗震验算分别按桥上有、无列车两种情况考虑。当桥上有车时,顺桥方向,由于车轮的作用,地面运动的加速度很难传递于列车上,因此纵向不计活载所产生的水平地震力。但活载垂直力按100%计入,双线按单线活载计算。活载的横向地震力,一般而言,只有地震时恰好桥上有列车通过,而地震的主要振动方向又在横向,才可能使列车活载恒载+列车+纵向地震剪力/

9、kN弯矩/kNm3265307531472370952248013037产生最大的水平地震力,这种机率很小,因此规定,横向地震力按列车活载的50%计算。地震响应分析中取前300阶振型按CQC的方法进行组合,结构阻尼比=0.02。地震动输入按照顺桥向和横桥向分别输入,与恒载及列车荷载按以下方式进行组合:工况1,恒载、列车及纵向地震;工况2,恒载、列车及横向地震;工况3,恒载与纵向地震;工况4,12。/kNm76552666594486145452756表2墩号123456恒载+纵向地震剪力/3272130251472恒载+横向地震剪力/kN弯矩/kNm2723527262534797465626

10、12由以上4种工况的计算结果可以看出,桥梁在地震作用下的受力有以下特点:(1)在纵向地震作用下,由于3号主墩承受桥梁上部结构所受的纵向地震力,所受的剪力、弯矩最大,且在恒载与纵向地震组合的工况下,3号墩受水平剪力15157kN,弯矩232760kNm,其余墩所受纵向地震力较小,在设计中应加强3号主墩,以提高其抵抗地震的能力。(2)在横向地震作用下,桥梁上部结构所受地震力由所有墩承担,由于3号主墩的刚度相对较大,故所承担的地震力较大,边墩由于刚度相对较小,其承担的地震力较小。从以上分析可知,在地震作用下,3号主墩的受力较大,基于延性设计的概念,为保证主墩的延性,在设计中通过加强环向箍筋来约束核心

11、混凝土,以提高其抗剪能力,防止纵向钢筋压屈。在纵桥向及横桥向地震作用下,各墩墩顶的纵向、横向位移见表3。表3地震作用下结构墩顶的位移墩号123456由表3可知,在纵向地震作用下,3号主墩墩顶最大纵向位移为31.0mm,在横向地震作用下6号墩的最大横向位移为40.2mm,设计中考虑了地震及温度等荷载作用,在选择支座设计时1号边墩支座的纵向、横向允许活动量为150mm,2号、4号及5号主墩的允许活动量为200mm,由于6号边墩在横向地震作用下的位移较大,因此支座的允许活动量为250mm。5结论本文针对乌龙江特大桥建立了全桥有限元模型,通过对该桥的动力进行分析,得到的结论如下:(1)桥梁的主要振型以梁墩的横向振动为主,其前10阶振型中有8阶表现为桥梁的横向振动。(2)在纵向地震作用下,由于梁部结构所