大间距双柱墩接盖梁桥墩横向地震反应研究
发表时间：2019-09-21T12:35:09.547Z 来源：《基层建设》2019年第19期作者：黄海峰
[导读] 摘要用有限元方法对大间距双柱墩盖梁的简支梁桥横向地震反应进行了全桥模型计算分析，并与我国城市桥梁规范方法的结果进行了比较。

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摘要用有限元方法对大间距双柱墩盖梁的简支梁桥横向地震反应进行了全桥模型计算分析，并与我国城市桥梁规范方法的结果进行了比较。

讨论了墩高等因素对简支梁桥横向地震反应的影响。

研究表明：对于大间距双柱简支梁桥的横向抗震计算应该采用全桥模型计算；我国现行城市桥梁抗震规范中的简化计算方法误差较大。

关键词：简支梁桥；横向地震力；规范
1 工程背景
随着城市化快速发展，城市土地资源越来越稀有，在城市桥梁建设中也要尽可能利用桥下空间，因此桥梁结构越来越多地采用大间距双柱墩。

对于普通的公路简支梁桥，一般认为，结构横向刚度比纵向刚度大的多，故横桥向不控制设计。

因此人们对横桥向地震反应研究比较少，对横桥向地震力的计算方法及其沿各墩的分配认识也不够。

大间距双柱墩，自振周期较小，地震力往往比顺桥向地震力大。

近来的震害经验也表明，横桥向的地震问题应引起足够的重视。

由于桥梁上部结构的质量远大于桥墩的质量，因此上部结构的地震力是桥梁的主要地震荷载，正确计算上部结构的地震力、合理确定各墩分担的上部结构地震力是桥梁抗震设计的重要内容。

我国城市桥梁抗震设计规范中均规定，对于简支梁桥，横桥向各墩的地震荷载，均按单墩模型用反应谱方法计算，即把一个墩相邻两跨质量的一半集中在墩顶，不计各墩之间由于上部结构所产生的联系，以及上部结构的变形。

文献[5]中根据大量的现场振动测量结果指出：梁的振动所产生的惯性力，引起了梁与墩的耦联振动，在大多数情况下，相对于墩的横向刚度来说，梁是一个比较柔性的结构，在研究桥梁的横向地震力时，梁的横向振动通常是不可忽略的。

由于上部结构地震力沿各墩的分配，主要由上部结构的基本横向振型确定，因此忽略梁的变形按单墩模型计算桥梁的横向地震力必然存在误差。

本文重点讨论了设计中按单墩计算简支梁桥墩横桥向地震力与建立全桥模型计算出的简支梁桥横桥向地震的差别。

2 计算方法及模型
本文选择4x30混凝土简支小箱梁桥计算讨论，上部结构采用小箱梁、桥墩均为大间距双柱墩，各墩横向抗弯惯性矩相同，计算中主梁的横截面面积及质量保持不变。

对上述结构，按有限元方法，把上部梁及桥墩简化为三维梁单元，周期及振型用子空间迭代法计算，地震力按反应谱方法计算，反应谱取文献[3]中的Ⅲ类场地反应谱，水平地震系数为0.1。

支座是桥墩与上部结构的联结件，它确立了梁与墩顶之间的位移关系。

本文主要研究双柱墩接盖梁简支小箱梁抗震计算，上部小箱梁按梁格法进行模拟，支座按实际模拟，墩底约束采用出口刚度模拟，其三维计算模型如下所示：
4x30m简支小箱梁全桥三维计算模型
3 计算结果及分析
3.1 各墩高相同时的计算结果
首先以4跨简支箱梁桥为研究对象，假设各墩高度相同，通过调整墩高讨论了有限元模型计算出的上部结构横向地震力与规范方法计算结果的差别。

本文计算中，墩高分别取6m，8m，10m，12m，14m (此时横向第一周期由0．33s增大到0.74s)。

根据墩高不同的情况，有5种计算工况。

由于假定桥的跨径及梁的线密度不变，因此按城市抗震规范[3]计算的各墩地震力及周期只与墩高有关，与其它因素无关，其计算结果如表1所示，采用MIDAS模型计算结果如表2所示。

表1 按规范不同高度桥墩自震周期和地震力对比
表2 MIDAS模型计算不同高度桥墩自震周期和地震力对比
横向第一周期、2号墩剪力的有限元计算结果与规范方法计算结果的比较如图2所示。

其中相对误差按下式计算：相对误差=（有限计算结果-规范结果）/（规范结果）x100%。

表2 表3。