復雜結構人行天橋抗震性能分析

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1抗震研究內容

為確保主橋在地震作用下具有足夠的抗震性能，滿足設計預期抗震性能目標，本文將從以下幾個方面對該橋展開抗震研究。(1)依據現有設計資料，建立該橋結構的三維空間動力有限元分析模型，包括主橋和主橋兩側的一聯引橋。模型正確反映橋梁的結構特性以及梁與墩支座的連接特性。(2)采用有限元模型進行結構的動力特性計算。(3)采用反應譜法和時程分析法研究主橋在E1、E2地震下的地震響應。(4)針對地震響應分析結果，提出合理化的設計方案。采用非線性時程分析法對主橋進行地震響應分析，進而校核地震作用下該方案的抗震性能。(5)對主橋在遭遇地震時的結構安全性做出評價，提出抗震性能研究的結論和建議。

2抗震設防標準及地震動參數

該橋橋位場地抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.10g，設計地震分組為第3組(特征周期為0.45s)。場地類別為Ⅱ類，處于抗震有利地段。考慮主橋為鋼結構，阻尼比取為0.02，確定水平向設計加速度反應譜參數，如表1所示。

3計算模型

根據錦江人行天橋主橋結構的總體布置特點和結構構件的關鍵參數，采用通用有限元軟件MidasCivil建立主橋的空間動力有限元模型，如圖2所示?？紤]邊界聯的影響，空間動力有限元模型應包含主橋相鄰聯引橋。主梁、桅桿、橋墩立柱及樁基均采用梁單元模擬，拉索采用桁架單元模擬。支座布置如圖3所示。

4動力特性分析

結構前十階動力特性參數如表2所示。結構第一階振型模態圖如圖4所示。

5構件抗震性能驗算

5.1原結構體系非線性時程響應特性。錦江人行天橋主橋設置普通盆式支座時，在E1地震作用下，支座的橫向剪力響應較為顯著。其中，Z7、Z9支座處的剪力大于豎向承載力的10%，而普通盆式支座的水平承載力為豎向承載力的10%。因此，E1地震作用下支座水平限位裝置將被剪斷。E2地震作用下，錦江人行天橋主橋的拉索索力小于設計索力，其橋塔、橋墩應力小于鋼材屈服強度，且樁基礎地震抗彎需求小于等效屈服強度，即以上構件的抗震性能均滿足相關規范要求。但在E2地震作用下，支座的剪力較大，橫向剪力基本超過設計支反力的20%。其中，Z7、Z9支座處的剪力大于設計支反力的30%。因此，在不改變約束形式的前提下，欲保證E2地震作用下橫向固定支座不剪斷較為困難。本文采用橫向雙固定支座和設置減隔震支座［3］兩條路徑對錦江人行天橋進行抗震設計，使橋梁在正常使用和地震工況下都能達到最優性能。5.2橫向雙固定支座方案。E2地震作用下，原設計方案中多數支座的橫向剪力過大，難以滿足抗震性能要求。橫向雙固定支座即將原方案每個墩位處設置1個橫向固定支座調整為設置2個橫向固定支座。該工況下，2個橫向支座共同承擔水平地震力，從而減小支座的水平剪力。錦江人行天橋主橋橋面寬度較小，為9.3m，支座間距為5.7m。因固定支座本身具有一定的位移量，可以適應橋梁在溫度作用下的橫向變形，故采用橫向雙固定支座方案時，橋梁在正常使用情況下的性能基本不受影響。E1地震作用下不同支座方案計算結果對比如表3所示。E2地震作用下不同支座方案計算結果對比如表4所示。由表3、表4可知，E1、E2地震作用下，設置橫向雙固定支座方案的支座剪力的確小于普通盆式支座方案，各墩位處2個橫向支座很好地分擔了地震作用下的水平剪力。錦江人行天橋主橋為平面位于空間曲線上的單邊斜拉曲線橋，恒載作用下，其支座本就存在著水平剪力。如果采用橫向雙固定支座方案，地震作用下產生的水平剪力和恒載作用下的水平剪力疊加在一起，部分超過了支座設計豎向承載力的30%，不能滿足設計要求。5.3減隔震設計。5.3.1減隔震支座比選。目前，常用的整體性減隔震裝置有鉛芯橡膠支座、高阻尼橡膠支座及拉索減震支座。3種支座均可有效地減震和隔震，但3種支座的剛度各不相同，能夠承受的水平剪力和位移量均不相同［45］。由于錦江人行天橋主橋的平面線形位于小半徑圓曲線上，橋梁結構為單邊拉索，常規荷載下，其支座本就存在著較大的水平剪力和縱橫向位移。恒載作用下，拉索減震支座能夠適應較大的位移量，也可以承受一定的水平剪力。在固定墩和活動墩處同時設置拉索減震支座，地震極端荷載作用下，固定支座承擔的水平荷載超過某一量值時，抗剪螺栓剪斷，固定支座將轉變為活動支座。體系的水平傳力途徑發生改變，地震水平荷載可以分攤到每個橋墩，從而大大減小固定墩的受力。因此，拉索減震支座在減小結構地震作用的同時，可以有效限制墩梁的最大相對位移，防止落梁災害發生。拉索減震支座如圖5所示。5.3.2拉索減震支座減隔震體系地震反應分析。主橋聯采用拉索減震球形支座，并根據噸位選擇具體型號。主橋塔下橋墩，即8#、9#墩選用LSQZ7000GD/DX支座;主橋其他橋墩，即7#、10#及11#墩選用LSQZ2000DX/SX支座。采用上述支座布置后，對主橋進行E2地震作用下結構體系的抗震性能驗算。使用拉索減震支座時，首先應選擇合適的拉索自由程。對采用不同自由程時拉索減震支座的減震效果進行對比，最終確定拉索減震支座的自由程為10cm。經計算，錦江人行天橋主橋在E2地震作用下各構件的抗震性能均滿足相關規范要求。其中，拉索索力小于設計索力，能力需求比為1.48;橋塔、橋墩應力分別為137MPa、165MPa，均小于鋼材的屈服強度，相應能力需求比為2.51和2.09;拉索支座最大剪力響應為2367kN，小于支座拉索強度;樁基礎地震抗彎需求小于等效屈服強度，主橋邊墩單排樁縱向抗彎最為不利，相應能力需求比為2.43。6結論(1)錦江人行天橋主橋結構若采用普通盆式支座，在E2地震作用下，其支座剪力較大，橫向剪力基本超過設計支反力的20%，Z7、Z9支座處的橫向剪力大于設計支反力的30%。不改變約束形式的前提下，保證支座不剪斷較為困難。(2)錦江人行天橋主橋為平面位于空間曲線上的單邊斜拉曲線橋，恒載作用下，其支座本就存在著水平剪力。如果采用橫向雙固定支座方案，地震作用下產生的水平剪力和恒載作用下的水平剪力疊加在一起，部分超過了支座設計豎向承載力的30%，不能滿足設計要求。(3)采用拉索減震支座方案后，主橋包括橋塔、拉索、橋墩及樁基礎在內的所有構件的抗震性能均得到了不同程度的優化。拉索減震支座調整了地震力的分布，激發出結構的冗余強度，優化抗震控制構件的受力特性，進而提高全結構的抗震性能。(4)構造設計時，應在主梁、支座及橋墩連接節點處預留構造間隙，使主梁與橋墩在縱橋向和橫橋向保持0.1m的相對位移，確保拉索支座在地震中發揮作用。此外，景觀人行橋抗震設防類別的判定一直存在爭議?？紤]結構美觀性，景觀人行橋在形式上往往接近于斜拉橋、懸索橋和拱橋，但其結構受力仍接近于梁橋。目前，并沒有針對人行橋抗震設防類別劃分的相關規定，設計人員在設計時只能參考市政橋梁或者公路橋梁的相關規范執行。如果按照斜拉橋、懸索橋和拱橋的要求進行抗震設防分類，分類標準應歸為甲類，但城市景觀橋一般跨度較小，在交通網絡中的重要性也不如市政公路橋梁。因此，把帶有斜拉、懸索及拱造型的景觀人行橋歸為甲類抗震設防范疇，是值得商榷的。

參考文獻

［1］李豐群．深圳前海合作區夢海前灣河大橋設計［J］．現代交通技術，2019，16(3):5153．

［2］中華人民共和國住房和城鄉建設部．城市橋梁抗震設計規范:CJJ166—2011［S］．北京:中國建筑工業出版社，2012．

［3］范立礎，王志強．橋梁減隔震設計［M］．北京:人民交通出版社，2001．

［4］中華人民共和國交通運輸部．公路橋梁鉛芯隔震橡膠支座:JT/T822—2011［S］．北京:［出版者不詳］，2011．

［5］四川省交通運輸廳．拉索減震支座與應用技術指南:DB51/T2241—2016［S］．成都:成都西南交大出版社，2016．

作者:李豐群 李瑞琪 單位:東南大學建筑設計研究院有限公司