大跨度连续刚构桥梁结构抗震性能分析.pdf

313：2023年4月江西建材工程技术与应用大跨度连续刚构桥梁结构抗震性能分析李承洪中铁建北方投资建设有限公司，辽宁沈阳110000摘要：文中对大跨度连续刚构桥梁结构抗震性能进行分析研究，以某大跨独塔单索面钢桁梁斜拉桥梁结构为基础，采用MIDAS/Civil构建桥梁的有限元模型，以桥梁斜拉的布设情况为变量，分别设置斜拉类型为单索面和双索面，同时将主梁宽度分别调节为20.0m、2 4.0 m、2 8.0 m、3 2.0 m 以及3 6.0 m，测试在不同震度作用下，桥梁结构的震动加速度。根据测试结果得出结论，在主梁宽度低于32.0m的条件下，单索面和双索面斜拉类型主塔结构抗震性能相似；任意主梁宽度条件下，单索面和双索面斜拉类型对桥梁主跨跨中结构抗震性能的影响均显著。关键词：大跨度连续刚构桥梁；结构抗震性能；有限元模型；斜拉类型；主梁宽度；震动加速度中图分类号：U447文献标识码：A文章编号：1 0 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 4-0 3 1 3-0 3Seismic Performance Analysis of Large-span ContinuousRigid-frame Bridge Beam StructureLi ChenghongChina Railway Construction North Investment and Construction Co.Ltd.,Shenyang,Liaoning 110000Abstract:The article proposes a study on the seismic performance analysis of large-span continuous rigid frame bridge structures.Based ona large-span single tower single cable plane steel truss beam cable-stayed bridge structure,a finite element model of the bridge is constructedusing MIDAS/Civil.The layout of the bridge cable-stayed is used as a variable,and the cable-stayed types are set as single cable plane anddouble cable plane.At the same time,the main beam width is adjusted to 20.0m,24.0m,28.0m,32.0m,and 36.0m,respectively.The testsare conducted under different seismic degrees,The vibration acceleration of bridge structures.Based on the test results,it is concluded thatthe seismic performance of single cable plane and double cable plane cable-stayed main tower structures is similar when the main beamwidth is less than 32.Om;Under any width of the main beam,the influence of single and double cable plane cable-stayed types on the seismicperformance of the bridges main span mid span structure is significant.Key words:Large span continuous rigid bridge beam;Seismic performance of structure;Finite element model;Clstayed type;Main beamwidth;Vibration acceleration0引言近年来，桥梁建设项目的数量呈现明显增加的趋势，安全要求也逐渐提高 1-2 。桥梁安全事故发生的主要原因包括两个方面：自然因素和人为因素 3 。人为因素主要是指桥梁设计合理性较低、建设施工质量不达标、实际运营管理科学性较低等 4；自然原因主要是指地震、强风、洪水灾害对桥梁稳定性造成影响，其中，地震是最主要的因素。为此，提高桥梁的抗震性能成为桥梁设计和施工阶段重点关注的指标之一 5。本文对大跨度连续刚构桥梁结构抗震性能进行分析研究，测试不同条件下的结构抗震性能，对不同因素的影响程度进行深入研究，以期为大跨度连续刚构桥梁结构设计提供帮助，最大限度地提高桥梁的安全性。1测试环境概况本文以某大跨独塔单索面钢梁斜拉桥梁为作为测试的基础工程，对桥梁的跨径组合情况进行分析，其主要分为4种规格，其中，最大跨度为3 1 2.0 m，最小跨度为8 0.0 m，除此之外，作者简介：李承洪（1 9 8 9-）男，新疆阿勒泰人，本科，工程师，主要研究方向为桥梁设计、施工。还包括8 8.0 m以及2 40.0 m两种规格。测试桥梁全长为7 2 0.0 m。在结构配置上，主梁分为上、下两层，具体的布置方式为双层钢桁梁。其中，主梁上层为双向四车道配置，主梁下层为双向轨道交通配置。图1 为测试桥梁主梁横断面示意图。0号墩8800m8000m31200m24000m4号墩3号墩1号墩2号墩图1测试大跨独塔单索面钢桁梁斜拉桥梁结构示意图为了最大限度地保障上层正交异形桥面板的功能达到实际应用需求，设置具体的板面宽度为非定值状态。其中，最大宽度为3 7.0 m，最小宽度为2 4.0 m。具体宽度在上述区间范围内适应性调整。在此基础上，对测试大跨独塔单索面钢桁梁斜拉桥梁的具体参数配置情况进行分析，相关参数如表1 所示。3142023年4月工程技术与应用江西建材表1大跨独塔单索面钢桁梁斜拉桥梁参数配置结构配置参数形态“天梭”造型主塔高度/m182.0施工材料C50混凝土布置方式扇形布置下端锚间距/m16.0斜拉索上端锚间距/m3.40数量/对11位置河床上部构成卵石层主墩上部厚度/m0.741.60下部构成坚硬土的稳定基岩上部厚度/m0.801.50建筑场地类别1类桥梁设防等级A类桥梁地震设防烈度VI度结合表1 所示数据，分别开展后续相关测试分析。2测试数据预处理为了实现多元条件下桥梁抗震性能的综合分析，本文以MIDAS/Civil为基础，以大跨独塔单索面钢桁梁桥为核心，建立了相应的有限元模型。为了实现对桥梁结构和状态的精准模拟，构建的模型中包含1 1 1 6 6 个节点、2 3 40 4个单元。相关主要模拟参数如表2 所示。表2大跨独塔单索面钢桁梁桥模拟参数配置序号结构模拟参数一主塔梁单元模拟（C50混凝土）2辅助墩梁单元模拟（C50混凝土）3主梁梁单元模拟（Q370qD）4斜拉索桁架单元模拟（标准1 8 6 0 钢绞线）5正交异形桥面板板单元模拟（Q370qD）按照表2 完成对大跨独塔单索面钢桁梁桥主体结构的模拟。考虑到不同桥墩在桥梁中的实际作用不同，因此，本文对以辅助墩形式存在的1 号墩和3 号墩直接在模型中建出，对以过渡墩形式存在的0 号墩和4号墩直接设置支承模拟。其中，1 号墩、2 号墩和3 号墩的墩底支承类型均为固定模式，0 号墩、4号墩的下游侧墩顶支承类型均为横纵双向活动模式，上游侧墩顶支承类型均为纵双向活动模式。在此基础上，在保持测试大跨独塔单索面钢桁梁桥其余结构不变的前提下，对索面布置情况进行差异化设置，以此分析不同条件下桥梁对应的抗震性能。3测试方案设计设计大跨独塔单索面钢桁梁桥抗震性能测试方案时，以桥梁斜拉的布设情况为变量，分别设置斜拉类型为单索面和双索面，在此基础上，调节主梁的宽度分别为2 0.0 m、2 4.0 m、28.0m、3 2.0 m以及3 6.0 m。在对具体的抗震性能进行测试过程中，本文设置了1 0 种不同的工况环境，如表3 所示。表3测试工况设置km/h双列车交会单列车通过工况状态工况状态15.0匀速615.0勾速215.0匀速725.0速325.0匀速835.0匀速435.0匀速945.0匀速545.0勾速1015.0匀速按照表3 更加全面地测试在不同条件下，各类桥梁斜拉的布设情况对应桥梁的抗震性能。在对具体的抗震性能进行分析时，本文充分考虑了桥梁结构各个构件在震动冲击作用下会产生一定的内力，当震动加速度达到某种程度时，构件自身会在内力作用下发生屈曲，甚至出现破坏。对此，本文将震动加速度作为抗震性能评价指标，对桥梁的抗震性能进行分析，具体计算公式如下所示。A.=Aa.F(1)式中，A.表示桥梁的振动加速度（m/s）；A 表示设防烈度震动时程分析时，对应的最大震动加速度参数（m/s）；g表示作用于桥梁的振动加速度系数，为常量；F，表示延性震力折减系数，同样为常量。按照上述方式，实现对测试方案的设计，利用对应的评价指标对桥梁的抗震性能进行分析。4测试与分析在具体分析过程中，本文分别对桥梁不同构件的具体震动加速度进行统计，得到的数据结果如表4、表5所示。表4主塔震动加速度参数震度等级/（m/s）斜拉类型主梁宽度/m8.09.010.020.00.561.011.5824.01.121.572.14单索面28.01.962.412.9832.02.392.843.4136.04.224.675.2420.00.520.841.2224.01.091.411.79双索面28.01.661.982.3632.01.972.292.6736.02.232.552.93结合表4所示的测试结果，分析主塔震动加速度的发展情况发现，当作用于桥梁的震度等级为8 级时，单索面和双索面斜拉类型下的主塔震动加速度并未表现出明显差异，且小规模的主梁宽度的变化并未对其造成显著的影响，仅当主梁宽度达到3 2.0 m及以上时，对应的主塔震动加速度差异达到了0.6m/s以上。但是，随着作用于桥梁的震度等级提升，单索面和双索面斜拉类型下的主塔震动加速度差异逐渐明显，但不同主梁宽度条件下的加速度变化情况受其影响，整体发展趋势相对稳定。由此得出结论，在主梁宽度低于3 2.0 m的条件下，单索面和双索面斜拉类型下的主塔结构抗震性能相似，在主梁宽度大于3 2.0 m的条件下，单索面和双索面斜拉类型下的主塔结构315上接第3 1 2 页）上接第3 1 0 页）2023年4月江西建材工程技术与应用抗震性能存在明显差异。表5桥梁主跨跨中震动加速度参数震度等级/（m/s）斜拉类型主梁宽度/m8.09.010.020.01.962.503.1924.02.452.993.68单索面28.04.024.565.2532.06.356.897.5836.08.048.589.2720.01.451.862.3724.01.962.372.88双索面28.02.633.043.5532.03.353.764.2736.04.835.245.75结合表5所示的测试结果，分析桥梁主跨跨中的震动加速度的发展情况发现，单索面和双索面斜拉类型下的测试结果呈现出了较为明显的差异，且主梁宽度对桥梁主跨跨中震动加速度的影响明显，当作用于桥梁的震度等级为8.0 时，单索面斜拉类型下，主梁宽度为2 0.0 m时的震动加速度和主梁宽度为3 6.0 m时的震动加速度分别为1.9 6 m/s和8.40 m/s；而在双索面斜拉类型下，对应的参数分别仅为1.45m/s和4.8 3 m/s。从震度等级的角度分析，主梁宽度为2 0.0 m时，单索面斜拉类型下，当作用于桥梁的震度等级由8.0 提升至1 0.0，对应的桥梁主跨跨中震动加速度由1.9 6 m/s提升至3.1 9 m/s；双索面斜拉类型下，对应的参数由1.45m/s提升至2.3 7 m/s*。综合上述测试结果可以得出，单索面和双索面斜拉类型下，对桥梁主跨跨中结构抗震性能影响显著。综合上述测试结果，可以得出以下结论：（1）主梁宽度小于3 2.0 m时，单索面和双索面斜拉类型下由上图1 和图2 可知，在应用本文方法之前，预制装配式混凝土叠合板的弯曲刚度和弯曲承载力明显低于应用本文方法之后，说明本文方法能够有效提升混凝土叠合板的受力性能，提升混凝土叠合板的应用效果。3结语预制装配式混凝土叠合板在工业化建筑、集装箱住宅等领域得到了广泛应用，而预制装配式混凝土叠合板施工控制则是施工质量的重要保障。将原材料控制、模具控制、模具安装、输送控制、浇筑控制以及养护控制作为施工控制要点，以弯曲刚度和弯曲承载力作为验证混凝土叠合板受力性能的指标，测试本文方法的应用效果。通过测试结果可知，本文方法能够有效提升混凝土叠合板的受力性能。7黄钰峰.湿陷性黄土路基灰土挤密桩施工质量的控制J.四川水泥，2 0 2 2（2）：2 0 5-2 0 7.8苗承莆.灰土挤密桩消除湿陷性黄土的方法和试验分析J.工的主塔结构抗震性能相似。（2）主梁宽度大于3 2.0 m时，单索面斜拉类型下的主塔结构抗震性能明显低于双索面斜拉类型下的主塔结构抗震性能。（3）主梁宽度越大，单索面和双索面斜拉类型下的桥梁主跨跨中结构抗震性能越低。（4）单索面斜拉类型下的桥梁主跨跨中结构抗震性能明显低于双索面斜拉类型下的桥梁主跨跨中结构抗震性能。5结语本文提出大跨度连续刚构桥梁结构抗震性能分析研究，测试了不同条件下，大跨度连续刚构桥梁结构抗震性能的变化情况，并通过对具体的测试数据进行分析，总结了不同因素对大跨度连续刚构桥梁结构抗震性能的影响。本文对桥梁结构抗震性能的研究与分析，希望能够为实际的桥梁设计工作提供参考。参考文献【1】张煜敏，翁光远，程凯凯，等.不同减隔震支座组合对连续梁桥抗震性能影响分析J/OL.灾害学，2 0 2 3，5（1 7）：1-8.2董慧慧，古智钧，杜修力，等.近场脉冲型地震作用下附加支撑双柱式摇摆桥墩的抗震性能研究J/0L.工程力学，2 0 2 2,1 2（2 6）：1-14.3童董振华，刘坤，周雨龙，等。板式橡胶支座与RC桥墩串联结构抗震性能试验研究J】.公路交通科技，2 0 2 2，3 9（8）：1 0 9-1 1 8.4宋日建，张秉哲，王克海，等.考虑支座摩擦特性的中小跨径高墩桥梁抗震性能研究J】.防灾科技学院学报，2 0 2 2，2 4（2）：2 7-32.【5管嘉达，陈兴冲，张熙胤。特殊复杂场地条件下桥梁结构地震易损性研究现状及发展趋势分析J】.世界地震工程,2 0 2 2,3 8（1)：127-138.【6 韦小飞山区大跨度高墩连续刚构桥稳定性影响参数分析J.黑龙江交通科技，2 0 2 2（6）：45.参考文献1】刘慧颖，王示，主红香，等.单向预应力混凝土叠合板双向受力性能试验研究J.结构工程师，2 0 2 0，3 6（6）：1 0 4-1 1 2.2朱江，曹炳政，许清风.粘贴CFRP布加固受火后预制混凝土叠合板试验研究J】.施工技术，2 0 1 9，48（1 5）：1-5.3杜虎军.装配式混凝土建筑质量管理研究J.居业，2 0 2 2（8）：151-153.【4】王义山.浅谈预制装配式混凝土建筑的施工技术J.四川水泥，2022（4):1 0 5-1 0 6,1 0 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