基于Midas Civil建模对大跨连续刚构桥的抗震分析
2018-02-27林长峰
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。