维普资讯 http://www.cqvip.com 第３４卷第１６期 ・３２０・ ２ ０ ０ ８年６月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨ１ＴＥ（ 、ＵＲＥ Ｖ０Ｉ．３４ Ｎｏ．１６ Ｊｕｎ ２００８ 文章编号：１００９，６８２５（２００８）１６．０３２０—０２ 大跨径连续刚构桥抗震分析和评价基本方法 刘怀林 摘要：从抗震分析的一般思路出发，参考在编的公路工程抗震设计规范和国外相关规范，对跨径超出１５０ ｍ的大跨径 连续刚构桥抗震分析和评价的总体思路及基本方法进行了论述，从而为类似桥梁的抗震设计提供参考。 关键词：大跨径连续刚构桥，抗震分析和评价，抗震设计 中图分类号：Ｕ４４１ 文献标识码：Ａ 近年来，随着施工技术、预应力技术及建筑材料等的发展，大 实际上，只要截面计算弯矩未达到截面等效屈服弯矩，即可认为 跨径连续刚构桥在工程建设中得到了广泛的应用，尤其是西部多 构件仍然在弹性范围内工作。截面的等效抗弯刚度可根据截面 山沟地区。目前，我国许多大跨径刚构桥跨径都在１５０ ｍ以上， 的弯矩曲率分析结果给出，即由恒载轴力作用下截面的屈服弯矩 而我国现行的公路工程抗震设计规范仅适用于主孔跨径为１５０ ｍ 和屈服曲率之比计算得出。 以下的桥梁，对于跨径为１５０ ｍ及１５０ ｍ以上的连续刚构桥，如 当构件截面的计算弯矩达到并超过截面的等效屈服弯矩后， 增大，发生塑性转动，同时，截面弯矩维持在等效屈服弯矩附近。 一果仍然参照现行的抗震规范进行抗震分析和评价，将会得出不合 会在该截面附近区域形成塑性铰，该塑性铰区域随着截面弯矩的 理甚至错误的结果。 文中参照国内在编的公路工程抗震设计规范和国￣＇Ｉ－Ｎ关抗 般可以通过设置“铰弹簧”来模拟塑性铰区域的塑性转动行为， 震规范对跨径超出１５０ ｍ的大跨径连续刚构桥抗震分析和评价 “铰弹簧”的转动刚度即可等效为塑性铰的抗弯刚度，计算分析过 的总体思路与基本方法进行论述。 程中，通过调整弹簧的转动刚度，使塑性铰区域的弯矩维持在等 效屈服弯矩附近，相应的弹簧转角即为塑性铰区域的塑性转角。 １大跨径桥梁抗震分析、评价基本方法 一般来讲，对于大跨径连续刚构桥进行抗震分析和评价可以 １．３模型简化和模态分析 对实际结构进行简化，最终确定一个能反映结构实际动力特 按几个步骤进行：确定地震动输入一相关截面弯矩曲率分析一模 该模 型简化和模态分析一地震反应分析和验算一结构细部构造措施 性的动力分析模型是进行桥梁结构抗震分析和评价的基础，型应真实模拟桥梁结构的刚度和质量分布及边界连接条件，还应 和结构抗震措施检查。 １．１确定地震动输入 按照目前两阶段抗震设计的思想，大跨径桥梁均按设计地震 能够模拟出结构的各种非线性工作状态。 而对于检查结构动力分析模型与实际结构的近似程度的一 Ｅ１和Ｅ２对应的两级设防标准进行设防。原则上，Ｅ１地震对应 个重要手段，就是对结构进行模态分析，然后对模态分析结果进 的设防标准应按照满足“中震弹性”的要求确定，Ｅ２地震对应的 行综合分析和判断，从而为结构动力模型的修正和优化提供参 模态分析结果还能够为下一步地震反应分析中各控制 设防标准应按“大震可修”的要求确定。因此，按照要求，Ｅ１地震 考。同时， 对应使桥梁主体结构处于弹性工作状态的地震，重现期一般取 参数的正确设置提供依据。“中震”相应的地震重现期即可，而Ｅ２地震对应使桥梁主体结构 １．４地震反应分析和验算 在地震输入、构件等效抗弯刚度及结构动力分析模型等输入 处于塑性工作状态的地震。对于Ａ类桥梁来说，设防标准稍微提 高，可能会导致投资规模大大增加。因此，在初步设计阶段，进行 条件确定后，即可进行Ｅ１和Ｅ２地震作用下结构的地震反应分析 桥梁Ｅ２阶段的抗震分析时，取两种临界情况下的地震输入Ｅ２—１ 和验算工作。相应于３种概率水准的地震输入，结构的抗震分析和验算工 和Ｅ２—２，分别对应结构处于塑性区工作的两种临界状态（主体结 构刚进入屈服的状态和主体结构塑性发展成为“机构”或出现某 作也分为３种情况。在Ｅ１地震作用下，主要对结构进行抗弯和 个塑性铰破坏的状态），而Ｅ２地震最终所选取的重现期应由相关 抗剪强度的验算，抗弯验算主要验算主体结构能否满足弹性要 即验算其计算弯矩是否低于屈服弯矩，抗剪验算主要是对结 主管部门进行社会经济性比较后确定。Ｅ２地震对应的设防标准 求，最终确定后，再对桥梁进行Ｅ２阶段的抗震分析和评价，并根据分 构潜在塑性铰区域的斜截面抗剪强度进行验算。由于主体结构 析评价结果，在必要时，需对设计进行变更以满足抗震要求。 处于弹性工作范围，Ｅ１地震作用下一般不需要进行变形验算。 １和Ｅ２—２两个概率水准的地震作用下，由于结构会有 Ｅ１，Ｅ２地震所对应的地震重现期确定后，即可根据相关规定 而对于Ｅ２—塑性铰形成，因此，除进行抗弯和抗剪强度验算外，另一个重要的 计算各地震动输入所对应的设计加速度反应谱。 １．２相关截面弯矩曲率分析 内容是对结构进行变形验算，包括塑性铰转动能力验算、防落梁 用以校核构件和整个结构 根据截面等效屈服曲率的定义可知，截面的等效抗弯刚度为 位移验算和位移延性需求验算等内容， 当截面受拉钢筋屈服时开裂截面的抗弯刚度，要小于截面开裂以 的延性能力能否满足要求。前的混凝土毛截面抗弯刚度（全截面抗弯刚度），而实际钢筋混凝 １．５结构细部构造措施和结构抗震措施检查 土构件的开裂弯矩较低，在地震作用下，各钢筋混凝土构件一般 除了对结构进行Ｅ１和Ｅ２地震作用下的地震反应分析和强 都处于开裂阶段工作，如果使用全截面刚度进行计算，结构的内 度、变形验算外，还需根据概念设计的原则，对结构各种构造细节 力计算结果会偏大，造成结构很早进入塑性区工作的“假象”，而 及抗震措施进行检查。因为，实际上结构的抗震计算分析和验算 收稿日期：２００８．０２．２０ 作者简介：刘怀林（１９７８一），男，硕士，助理研究员，重庆交通科研设计院，重庆４０００６７ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３４卷第ｌ６期 ＶｏＩ＿３４ Ｎｏ．１６ ２ ０ ０ ８年６月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｊｕｎ．２００８ ・３２１・ 文章编号：１００９—６８２５（２００８）１６—０３２１—０２ 南同蒲电气化扩能改造工程洪洞站改造研究 郭伟明 摘 要：介绍了南同蒲电气化扩能改造工程洪洞站既有概况，对洪洞站能力进行了分析，根据车站改造工程实施难易，分 新建洪安涧河大桥和利用旧洪安涧河大桥两方案进行了研究，提出了洪洞站扩能改造的方案比选。 关键词：电气化扩能，方案，改造工程 中图分类号：Ｕ２２７ 文献标识码：Ａ １研究背景 洪洞站位于临汾盆地北部边缘，属汾河Ｉ级阶地冲积平原， １．１ 南同蒲线电气化扩能概况 由东、西两侧向汾河倾斜，地表覆盖有巨厚层第四系砂质黄土，工 为促进区域经济发展，提高晋煤外运能力，适应国家能源政 程地质条件较好。洪洞站是南同蒲线上的中间站，站中心里程为 策调整需要，提高运输效率，降低运营成本，加快建设资源节约 Ｋ５９２＋２３９，车站位于直线上，站房位于线路左侧，目前车站现有 型、环境友好型交通运输体系，南同蒲线榆次西～侯马北段电气 正线２股，到发线３股，到发线有效长为８５０ ｍ系列；其中，１道 化扩能改造工程迫在眉睫。 ８４６ ｍ，２道８６５ ｍ，３道８４６ ｍ，４道８４０ ｍ，６道８８０ ｍ；另外，有货 南同蒲线榆次西一侯马北段共有车站３２个，其中有１０个站 物线３条，车站华山方向既有６道接有牵出线１条，有效长３６０ ｎ１ｏ 已在２Ｏ０４年扩能改造完成，车站到发线有效长已延长至１ ０５０ ｍ，剩 相邻车站榆次方向为赵城站（距离１４．３ ｋｍ），华山方向为甘亭站 余２２个车站到发线有效长均为８５０ ｍ系列，本次电气化扩能改 （距离１０．２ ｋｍ）。车站榆次方向最外道岔外接有Ｒ一５００ ｍ和 造剩余车站到发线全部延长至１ ０５０ ｍ，并电气化挂网。 Ｒ一６００ ｍ的反向曲线，华山方向最外道岔后接有Ｒ一４００ ｍ和 １．２洪洞站既有概况 Ｒ一５００ ｍ的反向曲线，曲线后为跨洪安涧河梁桥，既有孔跨为１４ ｍ～ 是以结构的细部构造措施和结构的抗震措施满足地震要求作为 地震作用下，墩柱潜在塑性铰处于墩底端部区域。同时，由于纵 前提和基本条件的，一旦地震中结构的细部构造措施发生破坏， 系梁相对于墩柱来说，刚度及承载能力要小，在纵向地震作用下， 或由于抗震措施设置不当而导致落梁或基础失效等其他破坏时， 纵系梁两端区域也存在潜在的塑性铰，从而也可以断定墩柱在与 轻则结构的强度和变形能力不能得到充分发挥，重则整个桥梁会 纵系梁交界的地方不存在潜在的塑性铰。６）由于分析中要将纵 发生致命的破坏。 系梁作为延性构件，而纵系梁截面相对于墩柱较弱，纵系梁很可 ２大跨径连续刚构桥抗震分析、评价的具体特点 能在Ｅ１阶段就出现塑性铰，因此，如果纵系梁在Ｅ１地震作用下 １）连续刚构桥主梁为预应力结构，且其刚度相对于下部结构 出现塑性铰，需要对其进行塑性铰塑性转动能力验算。 来说要大得多，因此不需要考虑其折减刚度。弯矩曲率分析时， ３结语 仅需针对墩柱、纵系梁和桩基等存在潜在塑性铰区域的构件。２） 文中首先对大跨径桥梁抗震分析和评价的总体思路及基本 连续刚构桥主体构件为主梁和墩柱，纵系梁为次要构件，要求Ｅ１ 方法进行了一般性的论述，然后，结合连续刚构桥的具体特性，对 地震下主体结构弹性，即要求主梁和墩柱保持弹性，而纵系梁作 大跨径连续刚构桥抗震分析和评价方法进行了补充说明，从而为 为次要构件，可以进入塑性，甚至破坏。３）对于连续刚构桥来说， 类似桥梁的抗震设计提供参考。 由于其主梁为预应力结构，且刚度比墩柱大得多，因此，Ｅ２地震 参考文献： 下主体结构进入塑性工作的两种临界状态是指桥梁墩柱进入塑 ［１］ＪＴＪ ００４—２００５，公路工程抗震设计规范征求意见稿［Ｓ］． 性工作的两种临界状态，即墩柱第一个塑性铰刚形成和墩柱最后 ［２］ＪＴＪ ００４—８９，公路工程抗震设计规范［ｓ］． 一个塑性铰刚形成或某个塑性铰破坏两种状态。４）考虑到具有 ［３］ 范立础．桥梁抗震［Ｍ］．上海：同济大学出版社，１９９７：２３—２４． 适当刚度的纵系梁对墩柱的受力有利。因此，在抗震分析和评价 ［４］ 范立础，卓卫东．桥梁延性抗震设计［Ｍ］．北京：人民交通出 时，将纵系梁看作延性构件，即允许纵系梁出现塑性铰，并在各地 版社．２００１：３０—３１． 震作用下对纵系梁塑性铰区域进行强度和变形验算。５）在纵向 ［５］吴斌．淮河特大桥抗震分析研究［Ｊ］．山西建筑，２００６，３２ 地震作用下，桥梁墩柱潜在的塑性铰处于顶、底端部区域，在横向 （１６）：１３７—１３８． Ｂａｓｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｅｉｓｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｎｇ－ｓｐａｎ ｐｃ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｒｉｇｉｄ ｆｒａｍｅ ｂｒｉｄｇｅ ＬＩＵ Ｈｕａｉ－ｌｉｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｉｄｅａ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｉｄｅａ ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｎｇ—ｓｐａｎ ｐｃ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｒｉｇｉｄ ｆｒａｍｅ ｂｒｉｄｇｅ ｗｈｏｓｅ ｓｐａｎ ｅｘｃｅｅｄｓ １５０ ｍ ｒｅｆｅｒｒｉｎｇ ｔＯ ｔｈｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｈｉｇｈｗａｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｖｅｒｓｅａｓ ｃｏｒｅｌａｔｉｖｅ ｓｔａｎｄａｒｄｓ，ｔＯ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｉｍｉｌａｒ ｂｒｉｄｇｅｓ， Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｏｎｇ－ｓｐａｎ ｐｃ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｒｉｇｉｄ ｆｒａｍｅ ｂｒｉｄｇｅ，￣ｉｓｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，ｓｅｉｓｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ 收稿日期：２００８—０２—１９ 作者简介：郭伟明（１９８１ ），男，助理工程师，中铁太原勘察设计咨询院有限公司，山西太原０３０００１
