鐵路重力式橋墩橋梁抗震性能及抗震措施研究

1、文章編號(hào):100128360(2000)S020071205鐵路重力式橋墩橋梁抗震性能及抗震措施研究馬坤全(上海鐵道大學(xué)土木建筑學(xué)院上海200331)摘要:首先進(jìn)行了重力式橋墩模型振動(dòng)臺(tái)模擬地震試驗(yàn)試驗(yàn)與理論分析結(jié)果基本一致然后建立了采用鉛芯橡膠支座的重力式橋墩橋梁全橋體系動(dòng)力分析模型計(jì)算分析了鉛芯橡膠支座對(duì)橋梁的減、隔震作用及重力式橋墩的抗震性能提出了重力式橋墩橋梁的抗震措施。關(guān)鍵詞:重力式橋墩鉛芯橡膠隔震支座模型試驗(yàn)抗震措施中圖分類(lèi)

2、號(hào):U442.55文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:BResearchonseismicacterearthquakeresistancemeasuresfrailwaybridgewithgravitypiersMAKun2quan(CollegeofCivilEngineeringArchitecturalShanghaiTiedaoUniversityShanghai200331China)Abstract:Atfirsttheshakingtable

3、testofagravitypiermodelwasdone.Thecomparisonbetweenthetestdatathetheoreticalanalysisresultsofthemodelshowedthattheyareidenticaltoeachother.Thedynamicmodelofawholebridgewithgravitypierslead2rubberbearingswassetup.Theposit

4、iveroleoflead2rubberbearingsonloweringtheseismicresponsesofrailwaybridgetheseismicacterofgravitypierswereanalysed.Someearthquakeresistancemeasuresofrailwaybridgewithgravitypierswereputforward.Keywds:gravitypierlead2rubbe

5、rbearingmodeltestearthquakeresistancemeasure我國(guó)現(xiàn)行《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]中是通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)烈度地震作用下的抗震強(qiáng)度驗(yàn)算進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的而在體現(xiàn)延性抗震和減、隔震方面卻存在著不足之處。針對(duì)目前大量橋梁在強(qiáng)震作用下倒塌毀壞的情況必須開(kāi)展對(duì)抗震支座及各種型式橋墩的延性研究以提高橋梁抗強(qiáng)震能力。美國(guó)、日本、新西蘭及最新歐洲抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[2～4]都強(qiáng)調(diào)這方面的內(nèi)容。目前各國(guó)學(xué)者對(duì)空心墩、鋼筋混凝土雙

6、柱墩、柔性墩等剛度、質(zhì)量較小的橋墩結(jié)構(gòu)均進(jìn)行了大量理論和試驗(yàn)研究[5～7]而作為鐵路橋梁過(guò)去所普遍采用的重力式混凝土橋墩應(yīng)用現(xiàn)代抗震性能分析方法研究其抗震尤其是抗強(qiáng)震能力還開(kāi)展得不多。然而重力式橋墩在我國(guó)鐵路橋梁中仍占相當(dāng)比例其中不乏位于地震區(qū)甚至高烈度區(qū)我國(guó)西北某新線鐵路橋梁在九度地震區(qū)仍采用重力式橋墩。由于鐵路重力式橋墩結(jié)構(gòu)平面尺寸大、剛度大、自重大、地震力亦大按照現(xiàn)代抗收稿日期:1999207230修回日期:1999210225基

7、金項(xiàng)目:鐵道部科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(97G282A)作者簡(jiǎn)介:馬坤全(1964—)男江蘇揚(yáng)中人副教授碩士震設(shè)計(jì)理論該類(lèi)結(jié)構(gòu)具有顯著的缺點(diǎn)。因此為確保重力式橋墩安全、經(jīng)濟(jì)實(shí)用必須采用現(xiàn)代抗震分析方法對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的試驗(yàn)和理論研究并采取合理的抗震措施。本文首先按動(dòng)力相似理論設(shè)計(jì)了重力式橋墩模型對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)模擬試驗(yàn)并采用現(xiàn)代抗震分析方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)時(shí)程分析試驗(yàn)與理論研究結(jié)果取得良好一致。在此基礎(chǔ)上針對(duì)高烈度地震區(qū)的我國(guó)西北某鐵路新線大橋的抗震設(shè)計(jì)建立

8、了結(jié)構(gòu)2樁基2土全橋體系動(dòng)力相互作用分析模型計(jì)算分析了重力式橋墩橋梁非線性地震反應(yīng)著重闡述了鉛芯橡膠支座對(duì)橋梁的減、隔震作用并對(duì)重力式橋墩橋梁抗震措施進(jìn)行探討。1重力式橋墩模擬地震試驗(yàn)1.1模型設(shè)計(jì)根據(jù)相似原理及結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)的五個(gè)相似條件[8]推導(dǎo)了模型和原型之間的相似關(guān)系表達(dá)式并計(jì)第22卷增刊鐵道學(xué)報(bào)Vol.22Supple.2000年5月JOURNALOFTHECHINARAILWAYSOCIETYMay2000?19952006T

9、singhuaTongfangOpticalDiscCo.Ltd.Allrightsreserved.重力式橋墩模型振動(dòng)臺(tái)模擬地震試驗(yàn)結(jié)果表明模型基頻理論計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果相吻合說(shuō)明所選取的計(jì)算模式及參數(shù)是正確的根據(jù)此計(jì)算模式橋墩模型地震響應(yīng)理論分析結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果吻合較好表明試驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算工具是可靠的。2結(jié)構(gòu)2樁基2土全橋體系非線性地震反應(yīng)分析2.1結(jié)構(gòu)2樁基2土全橋體系動(dòng)力計(jì)算模型由于重力式橋墩結(jié)構(gòu)剛度大、質(zhì)量大地基與結(jié)構(gòu)相互作用亦大

10、因此必須建立結(jié)構(gòu)2基礎(chǔ)2土動(dòng)力相互作用分析模型對(duì)其進(jìn)行非線性地震反應(yīng)分析根據(jù)結(jié)構(gòu)抗震能力設(shè)計(jì)思想對(duì)其進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)或檢算。某新線大橋全橋體系動(dòng)力計(jì)算圖式如圖5。梁、墩、樁均劃分成桿單元由于墩底在強(qiáng)震作用下可能出現(xiàn)塑性區(qū)因此墩底單元?jiǎng)澐诌m當(dāng)加密橋墩屈服面如圖6。按照橋梁抗震能力設(shè)計(jì)思想樁基中不允許出現(xiàn)塑性鉸因此樁基構(gòu)件在各種強(qiáng)度地震作用下均處于線彈性狀態(tài)橋梁橫向按《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]計(jì)及一半列車(chē)活載鉛芯橡膠支座用非線性彈簧單元來(lái)模

11、擬其滯回模型如圖7。為確保列車(chē)正常運(yùn)營(yíng)鉛芯橡膠支座的屈服載荷應(yīng)大于列車(chē)縱向制動(dòng)力和橫向搖擺力。而且其初始剛度不宜太小。本文中每個(gè)墩頂隔震支座總屈服載荷取為380kN大于列車(chē)制動(dòng)力341.8kN和列車(chē)橫向搖擺力179.9kN鉛芯橡膠支座初始剛度取為15kN?mm根據(jù)計(jì)算該支座剛度值滿足列車(chē)正常運(yùn)行時(shí)的剛度和限位要求。圖5全橋體系動(dòng)力計(jì)算圖式圖6橋墩屈服面圖7鉛芯橡膠支座滯回模型2.2采用隔震支座橋梁抗震性能分析為確保橋墩“小震不壞”即在多

12、遇地震作用時(shí)始終處于彈性工作狀態(tài)擬定墩身護(hù)面鋼筋為7025。采用鋼筋和混凝土的實(shí)際應(yīng)力2應(yīng)變關(guān)系即可計(jì)算橋墩各截面縱、橫向力學(xué)性能。分別取用天津?qū)幒硬?、EL2Centro波和Taft波并按照“小震不壞、中震可修、大震不倒”分類(lèi)設(shè)防的抗震設(shè)防思想將地震強(qiáng)度分別調(diào)整到多遇地震(amax=0.14g)、設(shè)防烈度(amax=0.4g)、罕遇地震(amax=0.8g)的水準(zhǔn)分別計(jì)算該橋縱向、橫向地震響應(yīng)。圖8和圖9分別表示9度天津?qū)幒硬ㄗ饔孟?號(hào)