龙门大桥主桥动力及抗震分析

曾红丁

摘 要：龙门大桥位于惠州市龙门县，主桥为90+90 m预应力混凝土独塔斜拉桥，本文采用有限元建模对龙门大桥主桥进行动力分析，确保桥梁抗震满足规范。

关键词：抗震分析;反应谱;独塔斜拉桥

中图分类号：U448 文献标识码：A

0 引言

我国处于世界上两大地震带（环太平洋地震带与亚欧地震）之间，地震带分布较广，不同震级地震频繁发生，造成了巨大损失。特别是汶川大地震后，国内对桥梁抗震更加重视。独塔斜拉桥因为其跨越能力、造型美观的优势在工程项目中越来越多的采用。斜拉桥常用的结构体系有漂浮體系、半漂浮体系、塔梁固结体系、塔梁墩固结刚构体系。独塔斜拉桥常采用塔梁墩固结刚构体系。刚构体系有利于斜拉桥悬臂浇筑施工，但由于刚构体系自身刚度大，自振周期小，在地震作用下往往会产生较大的内力。新版抗震规范要求B、C类斜拉桥、悬索桥其抗震设防目标应按A类桥梁进行。本文采用有限元建模对龙门大主桥进行抗震计算，可为类似项目提供参考。

1 工程背景及结构设计参数

龙门大桥位于惠州市龙门县。龙门大桥全长610 m，其中桥梁长580 m，主桥采用90+90 m预应力混凝土独塔斜拉桥，引桥采用30 m小箱梁。主桥采用双索面混凝土主梁，塔、梁、墩固结体系。主梁采用混凝土双主肋主梁（∏形截面）， 主梁标准断面宽度41.5 m，主梁中心高度3.0 m，主肋中心线处梁高2.7 m。索塔采用“H”型索塔，平行直立塔柱。斜拉索采用280钢铰线拉索，空间扇形双索面，拉索梁上标准间距为6 m。索塔基础采用钻孔灌注桩，桩径1.8 m，每个主塔基础下共设12根桩。

桥址抗震基本烈度：6度，地震动峰值加速度0.05g，抗震设防类别为B类。

2 动力分析

龙门大桥抗震分析采用有限单元法，计算采MIDAS CIVIL 2020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。桥梁上部结构主梁、墩柱等采用空间梁单元模拟，用连接单元模拟盆式支座并考虑桩-土-结构动力相互作用时采用常用的桩土弹簧模型建立有限元动力计算模型。计算了龙门大主桥的动力特性。图1为主桥的前4阶振动的动力特性。

采用里兹向量法求出的是与三个平动地震动输入直接相关的前20阶振型，X平动、Y平动、两个方向的振型参与质量分别是95%、95%，满足我国《公路桥梁抗震设计规范》第6.3.3条规定：用多振型反应谱法计算时，所考虑的振型除数应在计算方向获得90%以上的有效质量。

3 地震动输入确定

拟建场地位于惠州市龙门县。根据《公路工程抗震规范》）的有关规定，拟建场地抗震设烈度为6度，设计基本地震加速度值水平向Ah值为0.05g，竖向。根据场地类别及所属的设计地震分组，《公路工程抗震规范》第5.1.4条确定场地设计特征周期为0.35 s。得其E1概率地震和E2概率地震的水平向加速度反应谱曲线如图2、图3。

4 结构反应谱分析结果

根据图2反应谱曲线，考虑计算模型前20阶振型，充分包络各阶振型，采用CQC组合分别计算重现期475年和重现期2000年两种概率水平地震动作用下的动力响应，对纵桥向和横桥向两种工况进行计算。下面给出在E1、E2地震作用下桥墩、桩基在的内力响应图。

5 桥塔关键截面验算

通过对控制截面塔根截面（361单元）、塔梁固结处截面（153单元），在地震作用E1、E2概率下计算可得，桥墩仍处于弹性阶段满足受力要求，见表1。

6 结语

（1）本文对90+90 m独塔斜拉桥进行了抗震分析，独塔斜拉桥桥墩控制部位是塔底、塔梁固结处及截面变化处，地震作用下，只需对上述位置桥进行判断，即可知桥墩是否进入塑性。

（2）本桥抗震设防类别为B类，但按新版抗震规范要求B、C类斜拉桥、悬索桥其抗震设防目标应按A类桥梁进行。即索塔在E2概率下需保持弹性状态。经分析本桥在E1、E2概率纵向、横向地震作用下，桥墩各截面保持弹性，满足震性能要求，且有较大的富余。

参考文献：

[1]JTG/T 3365-01-2020，公路斜拉桥设计规范[S].

[2]邵旭东，程翔云，李立峰.桥梁设计与计算（第二版）[M].人民交通出版社，2018.

[3]范立础.大跨度桥梁抗震设计[M].北京：人民交通出版社，2001.

[4]JTGT 2231-01-2020，公路桥梁抗震设计规范[S].