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1、西尔马连续梁桥抗震研究 摘要:结合西尔三跨连续梁桥为研究对象,采取有限元软件对该桥进行抗震特性分析计算。对该桥下部桥墩及上部结构建立空间有限元模型,分别对该桥进行了自振特性、反应谱及时程分析。由计算结果可知:该桥纵向刚度及横向刚度较小,桥梁振动形式以纵向和横向振动为主,且第一阶模态为纵向振动;2号墩墩底截面内力1号墩不利,故可将2号墩墩底截面作为抗震设计的控制截面。关键词:抗震分析;自振特性分析;时程分析，反应谱分析中图分类号：TU591文献标识码：A概述非洲赞比亚西尔马大桥位于连接赞比亚西方省Senanga市
2、与Sesheke市道路的赞比西河上，距离首都800公里,本桥结构设计采用方案为66m+120m+66m三跨PC箱型连续梁，箱梁全长252m,桥梁全长265m。施工采用挂蓝悬臂浇筑混凝土施工方法。桥面宽：1.5m（人行道板）+净7.50m（行车道）+1.5m（人行道板）；桥两边跨设0.5%反向纵坡直线。下部基础为桩基础，下部墩采用矩形墩，墩高均为60米。根据JTG/TB02-01-2008公路桥梁抗震设计细则,该桥抗震设防类别属于B类,抗震设防目标:E1地震作用(6重现期为50-100年)下不应发生损伤;E2地震作
3、用(重现期475-2000年)下不致倒塌或产生严重结构损伤,经临时加固后可供维持应急交通使用;桥梁抗震的重要性系数:E1地震采用0.5。2有限元建模采用有限元分析软件Midas/Civil对希尔马大桥进行抗震计算。根据JTG/TB02-01-20085公路桥梁抗震设计细则5.3建模原则,该模型采用中上部结构和下部结构均采用空间杆系单元模拟，在墩梁结合处采用弹性连接模拟支座的力学特性。该桥的质量分布采用成桥使用阶段的模型模拟，结构的阻尼比为0.05。该模型的板式橡胶支座采用弹性连接模拟。桥梁下部未考虑桩土共同作用。
4、有限计算模型见图1。图1有限元单元模型（图中从左致右依次为1#-2#墩）3计算与分析3.1自振特性分析运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10阶振型，X平动、Y平动、Z平动三个方向的振型参与质量分别是99.26％，97.53%，95.25％。满足规范上振型参与质量达到总质量90%以上的要求。振型16是顺桥向的第一阶振型，振型2竖向第一阶反对称振型，振型3是横桥向的第一阶振型，振型4竖向第一阶对称振型。该桥采用板式橡胶支座支座,属于规则C类桥梁。根据抗震设计规范,E1地震作用时采用多振型反应谱法和
5、非线性时程计算方法。为了保证计算精度,满足振型在各个方向上参与质量之和达到要求,对该桥进行了30阶振动频率和振型分析。由于一般情况下结构由前几阶自振频率和振型起控制作用,文中只列出该桥前10阶振动频率和前4阶振型。如表1和图2所示。表1桥梁结构的动力特性计算结果第一阶振型（顺桥向一致平动）第二阶振型（竖向一阶反对称）第三阶振型（横桥向一致平动）第四阶振型（竖向一阶对称）图2西尔马大桥前四阶振型图计算结果表明:该自振频率不是很大,说明该桥整体刚度一般。桥梁主要以主梁和桥墩横向及纵向震动为主，在该桥的前10阶振型中纵
6、向振动占4个,横向振动占6个,并且第1阶振型表现主梁随墩纵漂,表明该桥梁的整体纵向刚度较弱于该桥的横向刚度和竖向刚度较弱。该桥桥墩较高,且连续墩与主梁采用板式6橡胶支座连接,因此主梁纵向和横向模态居多。3.2反应谱分析从该桥的自振特性和振型参与质量表30阶振型X平动、Y平动、Z平动三个方向的振型参与质量分别是99.26％，97.53%，95.25％,满足规范上振型参与质量达到总质量90%以上的要求。满足JTG/TB-02-01-2008《公路桥梁抗震设计细则》6.4.3条关于考虑的振型阶数的要求。且30阶振型自振
7、周期分布较密集,符合公式6.4.2-3的要求,应选择CQC法进行振型组合。E1地震作用下设计加速度反应谱依据JTG/TB-02-01-2008《公路桥梁抗震设计细则》6.5.2条确定。抗震重要性系数0.5,场地系数1.2,特征周期0.35s,阻尼系数0.05,阻尼调整系数1.0,地震动峰值加速度0.1g,反应谱峰值Smax=0.11g。反应谱曲线如图3所示。图3E1地震作用下设计加速度反应谱曲线反应谱计算分别考虑顺桥向和横桥向的水平地震作用,计算得到的墩底内力如表2所示。表2墩底内力结果6由地震反应谱计算结果可以
8、看出,桥梁在顺桥向及横桥向地震作用下，两墩墩底的弯矩和剪力均相差不大，在横向地震作用下两墩墩底的弯矩较纵向墩底的弯矩小很多，而在横桥向地震作用下墩底剪力比纵向地震作用下较大。3.3时程分析E1地震作用下边界非线性时程分析由于未作地震安全性评价,现根据规范要求合成与设计加速度反应谱兼容的设计加速度时程。计算采用原始地震波为1940年E1CentroSite大地震的地震动加速
