基于Midas Civil的连续刚构桥抗震安全性分析

基于Midas Civil的连续刚构桥抗震安全性分析

易烬

重庆交通大学

摘要：桥梁工程作为城市交通中的生命线工程，设计人员对其抗震安全性的研究从未停止。本文采用Midas Civil建立某高速公路段连续刚构桥的三维空间模型，以公路桥梁抗震设计规范（JTG-T2231-01-2020）为依据，采用反应谱分析法，对桥梁整体在E1、E2地震作用下的抗震性能进行验算分析。其分析方法及结论可为今后同类型桥梁抗震设计提供参考。

关键词：反应谱法、连续刚构桥地震响应、抗震分析

引言

我国部分地区直属于两大地震带范围内，地震活动较为频繁[1]。2008年，汶川发生的8.0级大地震，死亡失踪人数高达8.7万，造成经济损失近6000亿元；2010年，青海玉树发生7.1地震，死亡失踪人数2968人，直接经济损失近150亿元[2]。灾情之严重让人痛心不已。随着我国交通事业的蓬勃发展，大量连续刚构桥得以修建，若桥梁在地震作用下遭受破坏，导致震区交通瘫痪，这势必会对震后救援工作造成极大困难，造成的人、财损失将不可估量。面对地震的突发性、破坏性，桥梁等重要交通建设必须从设计阶段入手，严格把控其抗震安全性能。

一、工程概况

某高速公路段60+100+60m三跨变截面连续刚构桥项目，上部结构为预应力混凝土单箱单室箱梁，支点梁高6.8m，跨中梁高3m，采用公路Ⅰ级设计荷载；下部结构为单柱式薄壁空心墩，长8.5m，宽3.2m，桩基础为4根直径1.6m的圆柱桩，桩长15m。

二、计算模型建立

采用Midas Civil2021及Midas Civil Designer2021进行建模、分析，C50混凝土箱梁、C40混凝土桥墩和C25混凝土桩基采用梁单元模拟。全桥共计160个节点，147个单元，所建桥梁三维模型见图1所示。

图1结构模型

三、模态分析

采用Midas Civil中的多重Ritz向量法进行特征值分析，按照地震波最不利输入方向（顺桥向、横桥）取前100阶振型对桥梁三维有限元模型进行模态分析[3]。计算结果显示：TRAN-X振型参与质量为100%、TRAN-Y振型参与质量为100%、TRAN-Z振型参与质量为92.96%，三个方向的振型参与质量均超过了总质量的90%，保证了结果的可靠性。

四、地震反应谱分析

桥梁抗震设防类别为B类、场地类别为II类。地震基本烈度为Ⅶ度，地震动反应谱特征周期为0.40s，项目区地震动峰值加速度为0.10g。根据区域地震情况，分别建立E1、E2地震作用下的设计反应谱曲线[4]。

（一）E1地震作用验算

E1地震作用下，桥墩强度验算结果见表格1所示。

表格1 E1地震作用强度验算

从表格1计算结果可以看出：在E1地震作用下，桥墩最不利截面为2号墩桥墩墩底，最不利荷载为49721.532kN偏心受压荷载，桥墩均满足承载力要求。

（二）E2地震作用验算

E2地震作用下，桥墩强度验算结果见表格2所示。

表格2 E2地震作用强度验算

从表格2计算结果可以看出：在E2地震作用下，桥墩最不利截面为1号墩桥墩墩顶，最不利荷载为My最小时产生的46234.928kN偏心受压荷载。此时安全系数为1.1136，桥墩均处于弹性受力阶段，桥墩未屈服。

结论

通过对本实际工程项目在E1、E2地震作用下的整体抗震性能验算，可得出以下结论：

(1)在E1地震作用下，该项目桥墩处于弹性阶段，最不利截面为2号墩桥墩墩底。

(2)在E2地震作用下，最不利截面为1号墩桥墩墩顶，在顺桥向My荷载作用下，墩顶更易于屈服，有形成塑性饺的趋势。

(3)该高速公路段连续刚构桥满足E1、E2地震作用下的抗震设计规范，桥墩尺寸及配筋方案是可行。

参考文献：

[1]高志强.我国抗震设防国标的标准化历程[J].建筑，2016(14):11-13.

[2]姚德隆. 基于Midas/civil的公路桥梁抗震安全性分析[D].南华大学，2019.

[3]《公路桥梁抗震设计规范》（JTGT 2231-01-2020）.

[4]刘潇潇.桥梁抗震主要分析理论与计算方法研究[J].城市道桥与防洪,2011.

作者简介：易烬（1999-），男，汉族，重庆人，重庆交通大学硕士研究生，研究方向：桥梁工程