结构参数变化对混凝土连续梁桥抗震性能影响分析

孙殿国

（南通市市政工程设计院有限责任公司，江苏 南通 226000）

0 引言

近年来，我国交通基础建设迅速发展。预应力混凝土连续梁桥作为城市高架的主要结构形式，需充分考虑地震对其结构的影响。因此选取合理的结构形式和必要抗震设计可以大大地减轻甚至避免震害的产生[1-3]。本文以某市机场大道35+50+35m 预应力混凝土连续梁桥为研究对象，利用有限元软件MIDAS 建立了空间动力弹塑性分析模型，研究不同的基础形式及桩土作用的不同m 值对桥梁抗震性能的影响，为同类桥的建设、设计提供参考

1 模型建立

本桥动力计算采用有限元软件MIDAS2012 建立全桥三维空间有限元模型，主梁，墩、承台以及桩均采用空间梁单元，对结构的刚度、质量、阻尼进行了合理的等效，采用地震反应谱分析法分析桥梁结构的地震反应。主梁采用三维梁单元模拟，建模时考虑了二期荷载的影响，并将其换算成等效质量加入主梁材料参数。对于桩基础的模拟，采用考虑了桩-土相互作用的集中土弹簧模型。土弹簧的刚度根据桩基静力设计方法即“m 法”来计算，m 是土抗力系数，根据已完成的桥址地质情况报告的土层分布情况，并考虑动力荷载对土有刚度强化作用[4-6]。本文在进行桩土作用模拟时，只在桩身设置水平土弹簧，横桥向和顺桥向弹簧刚度取值一致，桩底直接固结。

图1 （35+50+35）m 无桩基（墩底固结）连续梁有限元模型

图2 （35+50+35）m 含桩基连续梁有限元模型

2 基础形式不同及m 值的变化对桥梁地震响应结果的影响

2.1 基础形式不同及m 值的变化对自振频率的影响

我们对墩底固接、勘探报告提供m 值、2 倍m 值、3 倍m 值下的自振频率进行了计算。

表1 自振频率对比(rad/sec)

表中m 值为地勘报告提供值。表1可以得出，不同基础形式对桥梁自振频率的影响较大，桩土作用不同的m 值对自振频率也有一定的影响。桩基础模型较墩底固接模型自振频率明显减小，m 值越大自振频率相应增大。得出边界条件刚度越大，结构的自振频率也越大。

2.2 基础形式不同及m 值的变化对地震向作用下墩底内力的影响

表2 顺桥向地震作用下墩底内力对比

顺桥向地震力作用下基础形式及不同的m 值对轴力基本无影响。弯矩值在墩底固接时最大，模拟桩基模型中弯矩值随m 值的增大而增大。

表3 横桥向地震作用下墩底内力对比

横桥向地震力作用下墩底固接时轴力值、弯矩值最大。模拟桩基模型中弯矩值随m 值的增大而增大，但不很明显。

2.3 基础形式不同及m 值的变化对地震向作用下墩顶位移的影响

表4 墩顶位移(mm)

顺桥向，横桥向地震力作用下未墩底固接时的墩顶位移值最小，模拟桩基模型中墩顶位移随m 值增大而减小，但不明显。

3 结论

（1）考虑桩土相互作用与墩底固结相比，墩底内力明显减小，墩顶位移明显增大。可见考虑桩土相互作用是非常必要的。

（2）对比 m 取值情况，墩底截面的轴力、弯矩随着 m 值的增大而增大，墩顶位移随着 m 值的增大而减小，但变化很小。