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: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(上海鐵道大學土木建筑學院上海200331)摘要:首先進行了重力式橋墩模型振動臺模擬地震試驗試驗與理論分析結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力分析模型計算分析了鉛芯橡膠支座對橋梁的減、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。關鍵詞:重力式橋墩鉛芯橡膠隔震支座模型試驗抗震措施中圖分類

2、號:U442.55文獻標識碼:BResearchonseismicacterearthquakeresistancemeasuresfrailwaybridgewithgravitypiersMAKun2quan(CollegeofCivilEngineeringArchitecturalShanghaiTiedaoUniversityShanghai200331China)Abstract:Atfirsttheshakingtable

3、testofagravitypiermodelwasdone.Thecomparisonbetweenthetestdatathetheoreticalanalysisresultsofthemodelshowedthattheyareidenticaltoeachother.Thedynamicmodelofawholebridgewithgravitypierslead2rubberbearingswassetup.Theposit

4、iveroleoflead2rubberbearingsonloweringtheseismicresponsesofrailwaybridgetheseismicacterofgravitypierswereanalysed.Someearthquakeresistancemeasuresofrailwaybridgewithgravitypierswereputforward.Keywds:gravitypierlead2rubbe

5、rbearingmodeltestearthquakeresistancemeasure我國現(xiàn)行《鐵路工程抗震設計規(guī)范》[1]中是通過對設計烈度地震作用下的抗震強度驗算進行抗震設計的而在體現(xiàn)延性抗震和減、隔震方面卻存在著不足之處。針對目前大量橋梁在強震作用下倒塌毀壞的情況必須開展對抗震支座及各種型式橋墩的延性研究以提高橋梁抗強震能力。美國、日本、新西蘭及最新歐洲抗震設計規(guī)范[2～4]都強調(diào)這方面的內(nèi)容。目前各國學者對空心墩、鋼筋混凝土雙

6、柱墩、柔性墩等剛度、質(zhì)量較小的橋墩結構均進行了大量理論和試驗研究[5～7]而作為鐵路橋梁過去所普遍采用的重力式混凝土橋墩應用現(xiàn)代抗震性能分析方法研究其抗震尤其是抗強震能力還開展得不多。然而重力式橋墩在我國鐵路橋梁中仍占相當比例其中不乏位于地震區(qū)甚至高烈度區(qū)我國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構平面尺寸大、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、金項目:鐵道部科技發(fā)展計劃項目(97G282A)作者簡介:馬坤全(1964—)男江蘇揚中人副教授碩士震設計理論該類結構具有顯著的缺點。因此為確保重力式橋墩安全、經(jīng)濟實用必須采用現(xiàn)代抗震分析方法對其進行系統(tǒng)的試驗和理論研究并采取合理的抗震措施。本文首先按動力相似理論設計了重力式橋墩模型對其進行振動臺模擬試驗并采用現(xiàn)代抗震分析方法進行動態(tài)時程分析試驗與理論研究結果取得良好一致。在此基礎上針對高烈度地震區(qū)的我國西北某鐵路新線大橋的抗震設計建立

8、了結構2樁基2土全橋體系動力相互作用分析模型計算分析了重力式橋墩橋梁非線性地震反應著重闡述了鉛芯橡膠支座對橋梁的減、隔震作用并對重力式橋墩橋梁抗震措施進行探討。1重力式橋墩模擬地震試驗1.1模型設計根據(jù)相似原理及結構抗震試驗的五個相似條件[8]推導了模型和原型之間的相似關系表達式并計第22卷增刊鐵道學報Vol.22Supple.2000年5月JOURNALOFTHECHINARAILWAYSOCIETYMay2000?19952006T

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

10、因此必須建立結構2基礎2土動力相互作用分析模型對其進行非線性地震反應分析根據(jù)結構抗震能力設計思想對其進行抗震設計或檢算。某新線大橋全橋體系動力計算圖式如圖5。梁、墩、樁均劃分成桿單元由于墩底在強震作用下可能出現(xiàn)塑性區(qū)因此墩底單元劃分適當加密橋墩屈服面如圖6。按照橋梁抗震能力設計思想樁基中不允許出現(xiàn)塑性鉸因此樁基構件在各種強度地震作用下均處于線彈性狀態(tài)橋梁橫向按《鐵路工程抗震設計規(guī)范》[1]計及一半列車活載鉛芯橡膠支座用非線性彈簧單元來模

11、擬其滯回模型如圖7。為確保列車正常運營鉛芯橡膠支座的屈服載荷應大于列車縱向制動力和橫向搖擺力。而且其初始剛度不宜太小。本文中每個墩頂隔震支座總屈服載荷取為380kN大于列車制動力341.8kN和列車橫向搖擺力179.9kN鉛芯橡膠支座初始剛度取為15kN?mm根據(jù)計算該支座剛度值滿足列車正常運行時的剛度和限位要求。圖5全橋體系動力計算圖式圖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、遇地震作用時始終處于彈性工作狀態(tài)擬定墩身護面鋼筋為7025。采用鋼筋和混凝土的實際應力2應變關系即可計算橋墩各截面縱、橫向力學性能。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”分類設防的抗震設防思想將地震強度分別調(diào)整到多遇地震(amax=0.14g)、設防烈度(amax=0.4g)、罕遇地震(amax=0.8g)的水準分別計算該橋縱向、橫向地震響應。圖8和圖9分別表示9度天津?qū)幒硬ㄗ饔孟?號