城市轨道交通预制节段拼装单薄壁连续刚构抗震性能分析

何建梅

广州地铁设计研究院股份有限公司

结构有限元计算模型

广州十四号线高架区间双线标准段连续刚构主要跨度为4x40m，联长160m，采用双线单箱截面，桥面宽10m，梁底宽2.4m，梁高2m，悬臂长2.1m，标准节段长2.6m；采用单薄壁矩形墩。

本桥采用节段拼装工法施工，首先施工基础、桥墩及墩顶现浇段，剩余梁体采用架桥机进行节段拼装。预制拼装的节段梁与中墩现浇梁间留湿接缝，边墩顶主梁横隔板留后浇带。

图1 连续刚构横断面图

图2 施工步骤图

标准段连续刚构抗震分析建立全桥力学模型进行分析计算，在承台底用六个弹簧刚度模拟群桩基础的刚度。取计算模型左右各一联桥梁结构作为边界条件。非线性时程分析时，应考虑施工步骤对初始内力的影响。连续刚构墩顶及墩底均有可能出现塑性铰，塑性铰设置如下图：

图3 动力弹塑性分析模型

结构动力特性

根据建立的动力计算模型，采用多重Ritz向量法求解桥梁结构动力特性。成桥阶段前8阶结构自振频率及相应振型如下所示。

为确保行车的舒适性及安全性，轨道交通桥梁在设计上应使桥梁结构横向自振频率尽可能避开列车蛇形运动频率（约0.6～0.8Hz）。通过动力特性分析可知：4x40m预制拼装连续刚构的一阶横向自振频率大于0.9HZ，可满足要求。前8阶振型如下所示：

表1 各阶振型模态特性表（频率Hz）

动力弹塑性计算结果分析

1）判断屈服状态

根据Midas civil中M-Φ曲线的结果，可利用弯矩-曲率曲线评价截面的性能,首先判断桥墩在顺桥向地震作用及横桥向地震作用下是否进入屈服状态，屈服状态以截面最外层钢筋首次屈服为准。判断结果见下表：

表2 墩底屈服状态判别

标准段刚构墩顶及墩底截面在罕遇地震作用下，只开裂未进入屈服状态。

2）罕遇地震下桩基能力保护计算

罕遇地震下，对桩基弯矩最大处截面进行验算，桥墩混凝土最大压应力为15.14Mpa，钢筋最大拉应力为144.32Mpa，满足规范要求。

结语

广州十四号线预制拼装连续刚构在小震及大震下可达到抗震性能I的要求，在罕遇地震作用下，结构能够保持其正常使用功能，结构基本处于弹性工作状态。