雙層高架橋門式墩與獨柱墩抗震性能比較分析

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1、88橋梁結(jié)構(gòu)城市道橋與防洪2015年5月第5期雙層高架橋門式墩與獨柱墩抗震性能比較分析魯傳安(上海市政工程設(shè)計研究總院(集團(tuán))有限公司，上海市20oo92)摘要：上層市政道路下層軌道交通的雙層高架橋已越來越廣泛地運用于城市交通中，但是由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，地震震害表現(xiàn)出與一般高架橋不同的特點，需要對其抗震性能進(jìn)行深入研究?；趪鴥?nèi)某工程實例，比較分析了門式墩與獨柱墩雙層高架橋的抗震性能，包括計算模型的建立、動力特性分析、反應(yīng)譜分析及非線性時程分析，得出了若干結(jié)論，可為今后類似工程抗震設(shè)計提供借鑒。關(guān)鍵詞：雙層高架橋；

2、動力特性；地震反應(yīng)；抗震性能中國分類號：U442．55文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號：1Oo9_7716(2O15)05-oo88—04噬鹽遒心線1概述近年來我國經(jīng)濟(jì)得到了迅猛發(fā)展，城市土地資源的稀缺及橋梁建設(shè)用地的緊張日顯突出。為了在有限的土地資源上極大地提高城市交通的使用效率、改善橋梁通行條件，雙層高架橋便應(yīng)運而生，其中以上層市政高架道路下層軌道交通的雙層高架應(yīng)用越來越廣泛[1】。雙層高架橋結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，震害與一般高架有所不同。在1989年洛馬普里埃塔(LomaPfieta)地震中，美國舊金山海灣地區(qū)的雙層高架橋大多出

3、現(xiàn)了損傷，其中賽普拉斯(Cypress)雙層高架橋的倒塌造成了較大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。從而引起了廣大學(xué)者對雙層高架橋抗震性能研究的重視，也取得了一定的研究成果【l、【31。本文基于國內(nèi)某工程實例，針對上層公路下層軌道交通的雙層高架橋進(jìn)行分析。該工程采用橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)簡支箱梁結(jié)構(gòu)，其中以混凝土箱梁為主，輔以跨路口的大跨徑鋼砼疊合箱梁。上層橋?qū)?8m，下層軌道交通單線寬4．3m，雙線寬8m，圖1門式墩立面布置圈標(biāo)準(zhǔn)跨徑為30m、35m及40m三種。下部結(jié)構(gòu)采用門式墩和獨柱墩兩種形式，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁。典型獨柱墩及門式墩

4、立面布置圖如圖1、圖2所示。本文橋墩采用延性抗震設(shè)計方法，即墩柱按延性構(gòu)件設(shè)計，橫梁、塑性鉸區(qū)抗剪及樁基礎(chǔ)按能力保護(hù)構(gòu)件設(shè)計。2動力計算模型及動力特性2_1動力計算模型為了研究比較兩種橋墩的抗震性能，分別選收稿日期：2015一O1—26作者簡介：魯傳安(1983一)，男，安徽宣城人，碩士研究生，工程師，從事橋梁工程設(shè)計工作。圖2獨柱墩立面布置圈2015年5月第5期城市道橋與防洪橋梁結(jié)構(gòu)89取兩聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)跨徑為40m且為標(biāo)準(zhǔn)寬度的橋梁結(jié)表1結(jié)構(gòu)的動力特性表構(gòu)進(jìn)行抗震分析，同時為了考慮相鄰結(jié)構(gòu)的影響，建模時將相鄰橋跨也一并

5、模擬，兩個模型選取的墩柱總高度也基本一致，在25m～29m之間。主梁一致縱飄2．278主梁一致縱飄主梁和橋墩均采用空間梁單元模擬。在支座主梁相對縱飄1．643主梁相對縱飄模擬時，將彈性支座處理為主梁和墩頂采用彈簧上下層主梁相對縱飄1．464主梁對稱側(cè)彎單元模擬，由于主梁和墩頂之間每排均設(shè)有多個上下層主梁相對縱飄1．295主梁反對稱側(cè)彎支座，在模型中均進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮喜ⅰＴ诘卣鸱磻?yīng)高梁¨s主梁高階相對縱飄?對稱側(cè)彎分析中，考慮到樁基礎(chǔ)的剛度和土層的特性對結(jié)主梁高階反構(gòu)地震響應(yīng)的影響，橋梁樁基礎(chǔ)通過在承臺底部6O．735

6、下層主梁相對縱飄0．979對稱側(cè)彎加上六個方向的彈簧來模擬樁基礎(chǔ)的作用。為了主粱高階70．731主梁對稱側(cè)彎0．858能更真實模擬實際情況，建模過程中考慮了上層對稱側(cè)彎橋面連續(xù)部分的影響，而下層是軌道交通，建模時上下兩層主梁80．683主梁對稱側(cè)彎0．805相對縱飄把軌道對主粱的連接作用也考慮進(jìn)去。門式墩及90．643扭轉(zhuǎn)O．725扭轉(zhuǎn)獨柱墩動力計算模型分別如圖3、圖4所示。100．630上下層主梁相對縱飄0．720扭轉(zhuǎn)12345震)及50a3％超越概率(相當(dāng)于E2地震)、阻尼比1l1OO為5％的場地加速度反應(yīng)譜，

7、反應(yīng)譜見圖5所示。24踢8O1輸人方向組合分別為：縱向+豎向和橫向+豎向。計算結(jié)果取前300階進(jìn)行組合，組合方式為CQC組合，計算結(jié)果匯于表2表5。圖3門式墩動力計算模型籟霎醴摧圖4獨柱墩動力計算模型2．2動力特性周期／0分析和認(rèn)識橋梁的動力特性是進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震圖5地震影晌系數(shù)反應(yīng)譖圖示性能分析研究的基礎(chǔ)，根據(jù)圖3、圖4的動力計算由表2一表5可知，橫梁地震反應(yīng)門式墩均大模型，對兩種橋墩結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行動力特性分析，結(jié)于獨柱墩，特別是橫向地震反應(yīng)門式墩遠(yuǎn)大于獨果如表1所列。柱墩，門式墩剪力效應(yīng)一般都大于獨柱墩，而彎矩由表1

8、可知，兩個模型的第一階振型均為縱效應(yīng)則是除上層柱頂位置外，其余均是門式墩縱飄，表明縱向剛度均較橫向剛度小。而門式墩模型向大，獨柱墩橫向大?？梢姡蟛糠值牡卣鸱磻?yīng)均第一階振型周期短于獨柱墩，說明門式墩縱向剛是門式墩較獨柱墩大。兩者上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量一致，而度大于獨柱墩。其次，門式墩模型第一階橫向振型且墩柱高度也接近。造成這一現(xiàn)象的主要原因是出現(xiàn)在第7階，獨柱墩模型第