墩高对高墩大跨连续钢构桥的抗震性能影响分析

马光超 马静

【摘 要】本文以跨径布置为（104.5+190+104.5）m直线连续钢构桥为研究背景，利用midas Civil有限元分析软件建立桥梁模型，本文仅以E1地震作用下的结果来分析墩高对桥梁抗震性能的影响，分析不同墩高下桥梁抗震性能的差异，为同类桥梁的抗震设计提供参考。

【关键词】抗震性能；钢构桥；墩高；E 1地震作用

【中图分类号】U448.23【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0-01

1 概况

高墩大跨连续刚构桥在遭受地震灾害后，上部结构本身因地震而破坏的情形比较少见，往往是其他部位的破坏而导致上部结构的破坏。主要的震害部位是墩顶的墩梁结合处和墩底，而下部结构和基础的严重破坏则是引起桥梁倒塌并在震后难以修复的主要原因。某高墩大跨连续刚构桥跨径布置为（104.5+190+104.5）m，主梁为预应力混凝土箱梁，下部结构桥台采用单柱式桥台、桥墩采用薄壁双墩，研究墩高为60m、80m、100m和120m四种情况下，桥梁抗震性能的差异。

2 计算模型

大桥抗震分析采用三维有限单元法，计算采用midas Civil有限元程序。有限元计算模型均以顺桥向为X轴，横桥向为Y轴，竖向为Z轴。选取连续刚构主桥作为研究对象，忽略相邻联对主桥地震反应的影响。主梁、桥墩均采用空间梁单元模拟，将桥面铺装及横隔板以荷载形式加载于梁单元上，并将其转换为质量。主桥墩位置由于水流的长期冲刷作用，表面基本没有土层，桩基完全在岩层中，属于刚性基础，因此墩底约束采用固结，不考虑桩-土-结构相互作用和深水作用。

边界条件：主墩与主梁“刚性连接111111”；桥台支座间距取4.5m，按仅纵桥向活动“弹性连接”“一般”模拟，活动方向刚度取0，不动方向刚度取108kN/m。

本桥抗震参数选取如下：场地类别为I类，场地特征周期为0.4，抗震设防烈度为8度，地震动峰值加速度为0.3g，本文仅以E1地震作用下的结果为例进行说明墩高与墩截面内力的关系。

全桥有限元模型如下：

3 墩高对桥梁抗震性能的影响

3.1 墩高对桥梁自振动特性影响分析

跨径相同情况下墩高变化与周期的关系见表1：

由表1可知相同跨径情况下结构周期随着墩高增加成线性增长趋势。当墩高为100m时，结构周期为7.15s，相对较大，结构偏于柔性，当墩高达到120m时结构周期为9.51s，周期值很大，表明结构柔性太大，对于梁桥而言，当结构周期超过10s时，该结构已不适用于工程实际。

3.2 墩高与内力关系

根据计算结果，结构在恒载-E1地震作用组合下内力值最大，所以本文仅以恒载-E1地震作用下的荷载工况为依据来说明相同跨径下结构的墩高与内力的关系。

墩高由60m变化到120m时，桥墩墩底截面顺桥向弯矩与墩高的关系如下表：

在相同跨径情况下，随着墩高增加，墩顶及墩底截面的顺桥向及横桥向弯矩均减小。由于随着墩高的增加，结构周期变大，柔性增加，传至墩顶截面弯矩值随之减小。

4 小结

相同跨径下结构自振周期随着墩高的增加成线性增长趋势，说明相同结构尺寸下，随着墩高的增加，结构柔性变大；建议设计者在上部结构尺寸不大的情况下，建议墩高值不宜过大；相同跨径下随着墩高增加，结构的柔性增大，对于跨径组合为（104.5+190+104.5）m的连续钢构桥而言，结构的最大墩高建议不要超过120m。相同跨径下随着墩高增加，墩顶及墩底截面的弯矩值均减小，这是由于随着墩高的增加，结构柔性变大，传至桥墩截面的弯矩值随之减小。

参考文献

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