山区多跨不规则梁桥地震响应分析及支座刚度优化

摘要

受地形限制，山区梁桥桥墩高，且墩高相差大。采用简支或短联形式时，地震作用下高低墩之间内力分布不均，且桥梁结构整体性差，因此不利于抗震。为了提高山区不规则梁桥抗震性能，本文提出采用长联形式并对支座刚度进行优化调整的解决方案，主要研究内容包括： （1）分联形式对桥梁抗震性能的影响。对山区不规则梁桥，随着墩高的增加，结构基频有较为明显的下降。采用长联形式的自振频率要大于短联形式，尤其是在高阶频率上。在地震作用下，绝大部分长联形式的墩底弯矩要小于短联形式。虽然在静力荷载作用下，长联墩底内力部分大于短联形式，但考虑到静力弯矩小于地震弯矩，认为采用长联形式更有利于结构受力。 （2）分析了简化模拟对桥梁地震响应的影响。在保证计算准确性的同时，为了方便建立有限元模型，讨论了变截面墩、双柱墩和桩土相互作用的简化模拟方法。变截面可采用等效截面替代；双柱墩在纵桥向上的墩底弯矩可用按单柱墩建模获得；采用“nD嵌固法”可代替“m法”模拟桩土相互作用。 （3）支座刚度对桥梁地震响应的影响。支座与桥墩的串联刚度值与桥墩高度相关性较大。当桥墩较矮时，改变支座刚度可较为明显地调整两者的组合刚度；当桥墩较高时，两者的组合刚度值主要取决于墩的抗推刚度，调整支座刚度对组合刚度影响较小。把一联内各位置处墩与支座的串联组合刚度调成一致，不能改善墩底的内力分布，甚至会出现地震响应更大的情况。 （4）以墩底纵向弯矩分布均匀为目的进行支座刚度优化调整，调整方法可概括为“增大高墩支座刚度，减小矮墩支座刚度”。调整支座刚度，对墩底纵向弯矩影响较大，而对横向弯矩的影响无明显规律。当针对墩底纵向弯矩进行调整时，虽未考虑对横向弯矩的影响，但结果表明横向弯矩仍会减小，优于调整前。 （5）为了方便确定合理的支座刚度，基于VB和ANSYS编制了支座刚度优化程序。输入地震动和桥梁结构参数后，即可得到支座刚度调整值。对比手动调整结果以及实际工程调整结果，表明支座刚度优化软件的求解结果是可靠的，可在实际工程设计中使用。

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