框架式双层桥梁地震作用下地震易损性研究

吴江

摘 要：为探究框架式双层立交桥梁地震作用下损伤规律，本文以一座框架式双层连续立交桥梁为工程背景，采用CSI Bridge有限元程序建立该桥的三维动力有限元模型，从PEER数据库中选取了16条天然地震波进行IDA分析，研究其在地震作用下损伤规律，研究表明框架式双层立交桥梁当PGA在0.2g以内墩柱保持为弹性状态；当PGA为0.25g时，墩柱纵筋发生首次屈服；当PGA为0.4g时，墩底塑性铰开始发育；当PGA为0.9g时，墩柱完全损伤。

关键词：框架式双层立交桥梁；地震；易损性

0引言

随着我国城市数量及规模不断扩大，交通流量的快速增长，多层立交桥梁应运而生。地震作为一种不可预测的自然灾害，给桥梁结构带来了巨大的破坏风险。为探究地震作用下双层立交桥梁损伤规律，朱宇[1]通过振动台试验与有限元仿真相结合的方法，对双层单柱式桥墩进行动力增量分析，研究表明结构高阶振型对双层单柱式桥墩具有较大的影响。现有研究关于框架式多层立交桥梁结构的地震易损性分析还很少，故对该类桥梁进行地震易损性分析具有十分重要的意义。

1工程概况及有限元模型建立

依托工程为框架式双层连续立交桥梁，桥梁墩高为68.5m，桥跨布置为60+60+60m。主梁采用5片T梁组成，主梁总宽为12.5m。该桥所在场地类别为Ⅱ类，特征周期为0.35s。抗震设防烈度为8度，地震动峰值加速度为0.20g。桥梁总体布置图如图1所示；

图1双层立交桥梁总体布置图（cm）

本文从PEER数据库中选取了16条天然地震动记录，如2所示。采用CSI Bridge有限元程序建立该桥的三维动力有限元模型，对其进行结构动力分析。有限元模型墩底约束形式采用六弹簧等效刚度来模拟桩基对墩底的约束作用，三维有限元模型如图4所示。

图2 16条地震动时程曲线

图3 双层立交桥梁 CSI Bridge有限元模型

2框架式双层立交桥梁IDA分析

本文对框架式多层连续立交桥梁顺桥向2号墩及4号墩墩底截面作为研究对象。2号墩及4号墩的IDA曲线如图4至图5所示，由于16条IDA曲线离散型较大，将IDA曲线进行拟合统计分析，得到16%、50%、84%分位数的IDA曲线，如图6至图7所示。

图4 2号墩顺桥向墩底曲率易损性曲线

图5 4号墩顺桥向墩底曲率易损性曲线

图6 2#墩底曲率84%、50%、16%概率分位数曲线

图7 4#墩底曲率84%、50%、16%概率分位数曲线

图8 2号墩墩底易损性曲线

由图6至图7可知，2号墩墩底IDA曲线与4号墩IDA曲线走势及结果接近，在PGA较大的情况下，中间墩2号墩的墩底曲率响应要大于边墩4号墩的响应，原因在于:边墩采用的为四氟滑板防落梁支座，该支座的临界滑移力较小，且防落梁钢丝绳的初始间隙根据支座的容许位移将其设置的比普通防落梁板式橡胶支座的初始间隙大1cm，在PGA较大时，采用普通防落梁板式橡胶支座的钢丝绳由于初始间隙小从而更早的进入工作，从而使得由于中间墩的约束刚度较大，从而分配的惯性力也就随之增大，故在PGA较大时，中间墩的曲率响应大于边墩的曲率响应。由50%分位数曲线可以看出，2号墩及4号墩在0.2g以内保持为弹性状态；当PGA为0.25g时，墩柱纵筋发生首次屈服；当PGA为0.4g时，墩底塑性铰开始发育；当PGA为0.9g时，墩柱保护层混凝土发生剥落。

3结论

框架式双层立交在地震作用下当PGA在0.2g以内墩柱保持为弹性状态；当PGA为0.25g时，墩柱纵筋发生首次屈服；当PGA为0.4g时，墩底塑性铰开始发育；当PGA为0.9g时，墩柱完全损伤。

参考文献

[1]朱宇.双层单柱式桥墩桥梁振动台试验研究[D].同济大学,2008.

作者简介：吴江（1993-），男，汉族 陕西商洛，硕士研究生，路桥助理工程师，从事路桥设计工作

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