苏通大桥抗震

1、苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究苏通长江公路大桥结构抗震性能研究 专题委托单位：专题委托单位：江苏省交通厅江苏省交通厅 专题承担单位：专题承担单位：同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程防灾国家重点实验室 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究分为四部分：苏通长江公路大桥结构抗震性能研究分为四部分： 1)苏通大桥抗震设防标准研究苏通大桥抗震设防标准研究 2)主航道桥抗震性能研究主航道桥抗震性能研究 (主跨主跨1

2、088m的双塔的双塔斜拉桥斜拉桥) 3)专用航道桥抗震性能研究专用航道桥抗震性能研究 (主跨主跨268m的预应力混凝土的预应力混凝土连续刚构连续刚构方案和钢方案和钢连续梁连续梁方案方案) 4)引桥抗震性能研究引桥抗震性能研究 (跨度跨度30m、50m和和75m的多跨的多跨连续梁连续梁，全长，全长5570m) 1. 1. 概述概述 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 桥梁抗震设防的合理安全度原则桥梁抗震设防的合理安全度原则： 桥梁抗震设防需要在经济与安全之间进行合理平衡桥梁抗震设防需要在经济与安全之间进行合理平衡. 2. 2. 苏通大桥抗震设

3、防标准的研究苏通大桥抗震设防标准的研究 根据目前抗震设计方法的发展水平，建议采用 两水平的抗震设计方法两水平的抗震设计方法对苏通大桥进行抗震研究。 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 表表2.2 国国内内大大跨跨度度桥桥梁梁的的抗抗震震设设防防标标准准 工工程程名名称称抗抗震震设设计计方方法法设设防防标标准准 P1：50年10，检算强度 杨浦大桥 南浦大桥 两水平 P2：100年10，检算位移或变形 P1：50年10，检算强度 徐浦大桥 广东虎门大桥 江阴长江公路大桥 南京长江二桥 两水平 P2：50年3，检算位移或变形 P1：50年10，

4、检算强度 广东海湾二桥 南澳大桥 润扬长江公路大桥 两水平 P2：50年2，检算位移或变形 抗震分析表明：抗震分析表明： 国内大跨度斜拉桥在 P2 概率水平的地震作用下，桥塔 一般都没有进入非线性工作状态。 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 * 苏通大桥工程的重要地位 * 人们对特大工程抗震安全性越来越高的要求 表表 2.5 苏苏通通大大桥桥抗抗震震设设防防标标准准 桥桥梁梁设设防防地地震震概概率率水水平平结结构构性性能能要要求求结结构构校校核核目目标标 P1：100 年 10 （重现期：950 年） 主结构完好无损， 边墩接近或刚进入屈

5、服 主塔校核应力， 边墩校核承载能力极限状态 主航道 桥 P2: 100 年 2 （重现期：4950 年） 主塔可出现微小裂缝， 边墩可利用延性抗震 主塔校核承载能力极限状态， 边墩根据强度折减系数和延性 校核承载能力极限状态 P1：50 年 10 （重现期：475 年） 桥墩接近或刚进入屈 服，其它受力构件完好 桥墩校核承载能力极限状态 引桥、 专用 航道桥 P2: 50 年 2 （重现期：2475 年） 桥墩利用延性抗震， 支座正常工作 桥墩根据强度折减系数和延性 校核承载能力极限状态，其它 完好构件校核强度 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002

6、. 上海 主航道桥的抗震性能研究分三部分：主航道桥的抗震性能研究分三部分： 1) 抗震概念设计 2) 推荐方案的地震反应分析及抗震验算 3) 塔、梁连接装置研究及参数分析 3. 3. 主航道桥抗震性能研究主航道桥抗震性能研究 主航道桥推荐方案： 主跨1088m的双塔七跨钢斜拉桥，倒Y型塔，桥宽40.6m，梁高4.0m 斜拉桥的抗震薄弱部位：斜拉桥的抗震薄弱部位： 桥塔、边墩及其基础，以及支撑连接装置 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 基本方案：基本方案： 主跨1088m的双塔七跨全钢斜拉桥 （倒Y型桥塔，梁宽40.6m，高4.0m，边跨压

7、重全桥共7163.2t） 3.1 3.1 抗震概念设计抗震概念设计 3.1.1 动力计算模式的建立（基本模型）动力计算模式的建立（基本模型） 边界条件：边界条件： 塔、墩底固结， 主塔与梁仅横向主 从，边墩与梁仅横 向、竖向主从。 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 3.1.2基本方案的动力特性基本方案的动力特性 表表3.5 基基本本方方案案的的动动力力特特性性 振型阶数 频率(Hz) 振型特征 振型阶数 频率(Hz) 振型特征 1 0.0680 纵飘 7 0.3819 反对称竖弯 2 0.1044 一阶对称侧弯 8 0.4258 竖弯 3

8、 0.1801 一阶对称竖弯 9 0.4281 塔同向侧弯 4 0.2227 一阶反对称竖弯 10 0.4291 塔反向侧弯 5 0.2779 一阶反对称侧弯 16 0.5406 一阶对称扭转 6 0.3150 对称竖弯 27 0.7804 一阶反对称扭转 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 抗震概念设计阶段，地震反应分析采用反应谱法反应谱法（ 300阶，CQC法） 地震输入方式：地震输入方式：1) 纵向竖向；2）横向竖向。 100年2%超越概率、阻尼比5%的标定后的反应谱； 地表加速度峰值为：水平向0.197g，竖向0.135g。 3.1

9、.3 3.1.3 地震动输入地震动输入 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 02468101214 周期( s ) 放大系数 水平向 竖向 1.25 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 3.1.4 3.1.4 三种桥塔方案斜拉桥的抗震性能分析三种桥塔方案斜拉桥的抗震性能分析 三种桥塔方案斜拉桥的计算模型的不同之处：三种桥塔方案斜拉桥的计算模型的不同之处： 主塔形式(倒Y型、钻石型、A型) 主塔截面尺寸稍有不同 动力特性：动力特性： 除了塔自身的横向振动外差别很小 （横向振动：与倒Y型塔相比，钻石型塔和A型塔要低30%左右） 苏通长江公路

10、大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 表表 3.10 主塔控制断面内力最大值（横向主塔控制断面内力最大值（横向+竖向输入）竖向输入） 塔型 断面位置 轴力 P (kN) 剪力 Q2 (kN) 弯矩 M3 (kN.m) 塔底 2.612E5 3.996E4 1.462E6 下横梁上侧 2.047E5 3.777E4 1.235E6 交叉点下侧 1.939E5 9.114E3 5.118E5 倒 Y 型 下横梁端部 1.018E4 7.507E4 1.720E6 塔底 2.322E5 6.711E4 2.956E6 下横梁上侧 1.822E5 3.095E4

11、 7.410E5 交叉点下侧 1.710E5 7.321E3 3.438E5 钻石型 下横梁端部 1.622E4 7.114E4 1.628E6 塔底 1.974E5 4.179E4 1.488E6 下横梁上侧 1.431E5 3.888E4 1.118E6 上横梁下侧 1.298E5 1.019E4 7.784E5 A 型 下横梁端部 1.933E4 6.829E4 1.560E6 地震反应：地震反应： 主塔的纵向地震反应差别较小，但横向地震反应差别较大； 各边墩的纵、横向内力反应差别不大。 总体来说，倒Y型塔和A型塔的抗震性能较好，钻石型塔较差 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大

12、学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 3.1.5 3.1.5 桥塔下横梁截面高度变化对地震反应的影响分析桥塔下横梁截面高度变化对地震反应的影响分析 下横梁高度增大，塔柱的纵向内力反应增大很小，不超过1% 适当增加下横梁的截面高度，对改善主塔的抗震性能是有利的 表表 3.14 下下横横梁梁高高度度对对主主塔塔内内力力的的影影响响（横横向向+竖竖向向输输入入） 下横梁高度 (m) 断面 位置 轴力 P (kN) 剪力 Q2 (kN) 弯矩 M3(kN.m) 变化 比例 塔底 2.612E5 3.996E4 1.462E6 0 下横梁上侧塔柱 2.047E5 3.777E4 1.235E6

13、0 交叉点下侧塔柱 1.939E5 9.114E3 5.118E5 0 8.0 下横梁端部 1.018E4 7.507E4 1.720E6 0 塔底 2.736E5 4.076E4 1.433E6 -2.0% 下横梁上侧塔柱 2.162E5 3.891E4 1.265E6 2.4% 交叉点下侧塔柱 2.057E5 9.121E3 5.050E5 -1.3% 9.0 下横梁端部 1.084E4 7.945E4 1.821E6 5.9% 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 主跨的动力特性：主跨的动力特性： 边跨压重方案和预应力束方案差别较小。

14、地震反应：地震反应： 主塔反应：两种方案的差别很小； 边墩反应：对弯矩，两种方案的幼劣不明显； 对轴力，预应力束方案较有利 3.1.6 3.1.6 边跨主梁压重或设置预应力束对桥梁抗震性能的影响边跨主梁压重或设置预应力束对桥梁抗震性能的影响 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 预应力束只要构造设计合理，是一种较好的构造措施，建议在过 渡墩处也设置预应力束。 辅助墩和过渡墩设计合理，产生的动轴力较小，因此在恒载和地 震作用下不会出现拉力，可以对墩柱进行延性设计。 表表 3.20 边墩控制断面内力最大值（横向边墩控制断面内力最大值（横向+竖向输

15、入）竖向输入） 边跨压重方案 截面位置 轴力 P (kN) 剪力 Q2 (kN) 弯矩M3 (kN.m) 1# 辅助墩底 6.415E3 1.024E4 5.339E5 2# 辅助墩底 4.869E3 8.543E3 4.261E5 边跨压重 过渡墩底 2.113E3 7.723E3 3.639E5 1# 辅助墩底 5.336E3 1.080E4 5.585E5 2# 辅助墩底 3.530E3 8.001E3 3.928E5 边跨预应力索 过渡墩底 1.973E3 6.844E3 3.157E5 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 3.1.

16、7 3.1.7 钢混凝土混合式斜拉桥和全钢斜拉桥方案钢混凝土混合式斜拉桥和全钢斜拉桥方案 抗震性能比较抗震性能比较 混合式斜拉桥方案：混合式斜拉桥方案： 桥跨布置：110.+300.+1088.+300.+110.m，桥面宽度39.8m。 地震反应地震反应 主塔：两种斜拉桥方案差别较小 边墩：混合式斜拉桥方案比全钢方案大很多 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 表表 3.28 边边墩墩控控制制断断面面内内力力最最大大值值（横横向向+竖竖向向输输入入） 主梁形式 截面位置 轴力 P (kN) 剪力 Q2 (kN) 弯矩(M3 kN.m) 1#

17、 辅助墩底 6.415E3 1.024E4 5.339E5 2# 辅助墩底 4.869E3 8.543E3 4.261E5 全钢 过渡墩底 2.113E3 7.723E3 3.639E5 辅助墩底 7.832E3 9.252E3 4.875E5 混合梁 过渡墩底 4.138E3 9.890E3 5.144E5 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 3.1.8 3.1.8 结论和建议结论和建议 1) 三种塔型方案对纵向地震反应影响很小，但对横向反应 影响很大。其中，倒Y型和A型塔方案对抗震较为有利。 2) 可以适当增加桥塔下横梁截面高度（如1m

18、），截面高度 变化对地震反应的影响很小。 3) 边跨采用预应力束方案对斜拉桥边墩的抗震较为有利， 建议过渡墩处也设置预应力束以防止梁端翘起。 4) 辅助墩和过渡墩设计合理，在恒载和地震作用下不会出 现拉力，可以对墩柱进行延性设计。 5）混合式斜拉桥方案与全钢方案相比，主塔的地震反应差 别不大，但辅助墩和过渡墩的地震反应要大很多。 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 初设推荐方案与基本方案的差别：初设推荐方案与基本方案的差别： 边跨压重采用恒载压重（全桥共3868.8t）、活载张拉预应力的方案。 推荐方案的动力计算模型与基本模型的差别：推荐方

19、案的动力计算模型与基本模型的差别： 边跨压重不同，且考虑了远塔辅助墩及过渡墩桩基础的柔性； 近似考虑了相邻联引桥对过渡墩的影响； 时程分析时，考虑边墩上各滑动支座的滞回耗能作用。 3.2 3.2 初设推荐方案的抗震性能研究初设推荐方案的抗震性能研究 初设推荐方案与基本方案的动力特性：初设推荐方案与基本方案的动力特性： 差别很小 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 3.2.4 3.2.4 地震输入地震输入 江苏省地震工程研究院提供江苏省地震工程研究院提供（考虑20年一遇的河床冲刷影响）： 3个概率水准个概率水准（100年2%、50年2%及10

20、0年10%）： 地震反应谱地震反应谱（水平向及竖向，阻尼比5）； 地震加速度时程地震加速度时程（每个概率水平3组，水平向及竖向） 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 表表 3.32 主桥地表加速度反应谱参数表（主桥地表加速度反应谱参数表（5%阻尼比）阻尼比） 水平向 竖向 超越概率 T1(s) Tg(s) max k T1(s) Tg(s) max K 100 年 2% 0.30 1.00 2.40 1.30 0.10 0.50 2.45 1.05 50 年 2% 0.25 0.95 2.40 1.25 0.10 0.48 2.40 1.0

21、5 100 年 10% 0.20 0.90 2.40 1.25 0.10 0.45 2.35 1.05 表表 3.31 地表加速度峰值地表加速度峰值 地震概率水平 位置 水平向 竖向 北主墩 0.137 0.092 100 年 10 南主墩 0.141 0.093 北主墩 0.191 0.128 100 年 2 南主墩 0.197 0.128 北主墩 0.169 0.114 50 年 2% 南主墩 0.172 0.112 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 对三个概率水平的地震作用均进行了反应谱分析，以作比较，并 和时程分析结果相互校合。

22、反应谱法分析取前 300阶振型，按CQC法进行组合。 地震输入采用两种方式：1) 纵向竖向；2）横向竖向。 3.2.5 3.2.5 地震反应谱分析地震反应谱分析 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 地震行进波速根据江苏省地震工程研究院的建议，取3000米/秒 3.2.6 3.2.6 行波效应分析行波效应分析 表表 3.38 行波效应对纵向地震反应的影响行波效应对纵向地震反应的影响 概率水平 加速度时程 工况 塔底弯矩 M2 (kN.m) 梁端位移 （m） 不考虑行波效应 1.603e6 0.764 第 1 组 考虑行波效应 1.452e6

23、0.775 不考虑行波效应 1.198e6 0.755 第 2 组 考虑行波效应 1.288e6 0.755 不考虑行波效应 1.376e6 0.782 100 年 10 第 3 组 考虑行波效应 1.299e6 0.773 不考虑行波效应 2.536e6 1.19 第 1 组 考虑行波效应 2.285e6 1.20 不考虑行波效应 1.967e6 1.06 第 2 组 考虑行波效应 1.950e6 1.06 不考虑行波效应 2.300e6 1.17 100 年 2 第 3 组 考虑行波效应 2.409e6 1.15 总体来看，对于推荐方案，行波效应的影响较小，可以忽略总体来看，对于推荐方案，

24、行波效应的影响较小，可以忽略 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 3.2.7 3.2.7 时程反应分析及验算时程反应分析及验算 时程分析：时程分析：对 3个概率水平，每个概率水平3组地震加速度时 程均进行了计算，最后取最大反应值进行验算。 地震输入方式：地震输入方式：1) 纵向竖向；2）横向竖向。 验算内容：验算内容： 桥面纵向位移分析、 边墩上支座的验算、 主塔、边墩的验算、 提交基础的验算地震力 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 斜拉桥边墩上的滑动支座具有非常显著的减震作用。 但是

25、，对于主跨1088m的特大跨度斜拉桥，为了确保桥梁的抗震 安全性，还应在塔、梁间设置合适的连接装置。 表表 3.40 关键节点位移最大值（纵向关键节点位移最大值（纵向+竖向时程输入）竖向时程输入） 概率水平 加速度时程 梁端位移 (m) 第 1 组 0.478 (1.19) 第 2 组 0.448 100 年 2 第 3 组 0.560 注：括号内的数值未考虑边墩上滑动支座的减震作用。 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 表表 3.42 边墩支座反应最大值（纵向边墩支座反应最大值（纵向+竖向时程输入）竖向时程输入） 概率水平 加速度时程 支

26、座位置 摩擦力 (kN) 滑动位移 (m) 1# 辅助墩顶 175.0 0.571 2# 辅助墩顶 112.7 0.590 100 年 2 第 3 组 过渡墩顶 73.1 0.580 注：支座允许的滑移量为90cm 表表 3.47 边墩支座水平抗力检算（横桥向）边墩支座水平抗力检算（横桥向） 支座位置 支座水平剪力 (kN) 支座水平抗力 (kN) 1# 辅助墩顶 6.637E3 900 2# 辅助墩顶 7.181E3 1500 过渡墩顶 4.110E3 400 注：支座的水平抗力取为支座吨位的 10%。 各墩顶剪力均大大超过支座的横向抗力，支座会被横向剪断，因此 应提高支座的横向抗力或在墩顶

27、设置另外的限位措施。 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 表表 3.49 主塔控制断面抗震验算主塔控制断面抗震验算 纵向验算 横向验算 截面 位置 项目 Pj（kN） Mj（kN.m） MR（kN.m） Pj（kN） Mj（kN.m） MR（kN.m） 恒载 4.913E5 7.433E4 / 4.826E5 1.095E5 / 地震 7.109E4 1.756E6 / 2.195E5 1.355E6 / 主塔塔 底 组合 4.202E5 1.830E6 3.677E6 2.631E5 1.464E6 1.639E6 恒载 4.069E5

28、4.366E4 / 3.813E5 1.518E5 / 地震 5.940E4 7.972E5 / 1.780E5 9.319E5 / 下横梁 上侧 组合 3.475E5 8.409E5 2.857E6 2.033E5 1.084E6 1.231E6 恒载 2.347E5 3.659E4 / 2.285E5 2.398E5 / 地震 2.996E4 4.129E5 / 1.671E5 4.101E5 / 分叉点 下侧 组合 2.047E5 4.495E5 1.572E6 6.137E4 6.499E5 6.433E5 恒载 / / / -2.138E4 9.857E3 / 地震 / / / -4

29、.610E3 1.318E6 / 下横梁 端面 组合 / / / -2.599E4 1.328E6 1.334E6 注： 抗震验算根据设计组提供的配筋图进行， 但分叉点下侧截面中间一排钢筋移至距外侧钢 筋 15cm 处,下横梁端面计算未考虑普通钢筋的作用。 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 表表 3.50 边边墩墩控控制制断断面面抗抗震震验验算算（纵纵向向+竖竖向向输输入入） 截面位置 截面 尺寸 配筋率 项目 轴力 Pj (kN) 弯矩 Mj （kN.m) 抗力 MR(kN.m) j R M M 恒载 43254.1 / / / 地震

30、6.294e3 2.764e5 / / 过渡墩底 6.5m 5.5m 0.8m 1.67% 组合 36960.1 2.764e5 2.665e5 0.96 恒载 27270.9 / / / 预应力 6452 / / / 地震 6.191e3 1.975e5 / / 1#辅助墩底 6.5m 4.0m 1.0m 1.96% 组合 27531.9 1.975e5 1.884e5 0.95 恒载 25686.6 / / / 预应力 4300 / / / 地震 7.041e3 2.046e5 / / 2#辅助墩底 6.5m 4.0m 1.0m 1.96% 组合 22945.6 2.046e5 1.817

31、e5 0.89 参考铁路工程抗震设计规范，当墩高超过60m时，墩柱的强度 折减系数可取0.5，辅助墩和过渡墩的高度接近60m，偏保守地取0.5 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 表表 3.51 边墩控制断面抗震验算（横向边墩控制断面抗震验算（横向+竖向输入）竖向输入） 截面位置 截面 尺寸 配筋率 项目 轴力 Pj (kN) 弯矩 Mj （kN.m) 抗力 MR(kN.m) j R M M 恒载 43254.1 / / / 地震 4.060e3 6.012e5 / / 过渡墩底 6.5m 5.5m 0.8m 1.67% 组合 39194.

32、1 6.012e5 3.079e5 0.51 恒载 27270.9 / / / 预应力 6452 / / / 地震 5.608e3 5.327e5 / / 1#辅助墩底 6.5m 4.0m 1.0m 1.96% 组合 28114.9 5.327e5 3.188e5 0.60 恒载 25686.6 / / / 预应力 4300 / / / 地震 6.624e3 5.419e5 / / 2#辅助墩底 6.5m 4.0m 1.0m 1.96% 组合 23362.6 5.419e5 3.094e5 0.57 辅助墩和过渡墩的强度满足要求，只要合理配置箍筋，即可保证 墩柱的抗震安全性。 苏通长江公路大桥

33、结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 3.2.8 3.2.8 结论和建议结论和建议 1）推荐方案的地震内力比静载内力大很多，将会控制设计。 2) 桥塔的抗震验算表明，主塔通过配筋能保证其抗震安全性。 4) 辅助墩和过渡墩墩柱只要合理配置竖筋和箍筋，可保证抗震安全性。 5) 边墩上的滑动支座在100年2%概率水平的地震作用下可正常滑动。 6) 在横向+竖向地震作用下，支座会被剪断，应提高支座横向抗力，或 在墩顶设置另外的限位措施。 7) 边墩上滑动支座有较好的耗能作用。为了确保桥梁的抗震安全性，还 应在塔、梁间设置合适的连接装置。 苏通长江公路大桥结构抗震性能

34、研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 3.3 3.3 塔、梁连接装置研究及参数分析塔、梁连接装置研究及参数分析 设置塔、梁连接装置的主要目的设置塔、梁连接装置的主要目的: 减小地震作用下的梁端纵向位移 (不影响桥梁在其它荷载下的运行) 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 2)阻尼器阻尼器（耗能） 较为成熟且适用于大跨度桥梁主要是油阻尼器（粘滞阻尼器）。 阻尼力与相对速度的关系 CVF 0.31.0 1)弹性连接装置弹性连接装置 （提供弹性刚度） 大型橡胶支座（多多罗桥） 、钢绞线拉索（汕头海湾二桥 ）等： 对所有的荷

35、载均提供弹性刚度 主要用于限位的液压缓冲装置 （大海带桥 ） 对缓慢作用的荷载不起作用，对急速作用的荷载起固定约束作用 3.3.1 3.3.1 国内外大跨度桥梁塔（墩）、梁连接装置简述国内外大跨度桥梁塔（墩）、梁连接装置简述 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 图图3.23美国美国Taylor公司开发的阻尼器公司开发的阻尼器 国外：国外： 希腊的雷翁-安蒂雷翁大桥 美国的金门大桥抗震加固 美国Oakland 海湾大桥西跨悬索桥抗震加固 （Taylor公司的阻尼器在世界各国应用较广，使用历史40多年） 国内：国内： 重庆鹅公岩大桥 上海卢浦大

36、桥 （上海材料研究所开发） 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 3.3.2 3.3.2 塔、梁连接装置的参数敏感性分析塔、梁连接装置的参数敏感性分析 1)弹性连接装置的参数（弹性刚度）分析弹性连接装置的参数（弹性刚度）分析 02000004000006000008000001000000 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 有弹性约束梁端位移 无弹性约束梁端位移 位移 ( m) 弹性刚度 ( k ) 02000004000006000008000001000000 0 4 8 12 16 20 24 有弹性约束 无弹性约束 塔底

37、弯矩 ( KN.m) 弹性刚度 ( k ) 1.0105kN/m是比较合适的一个刚度值。 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 02000004000006000008000001000000 0 8 16 24 32 40 48 56 弹性力 ( KN) 弹性刚度 ( K ) 02000004000006000008000001000000 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 弹性约束装置变形 无约束塔梁相对位移 位移 ( m) 弹性刚度 ( k ) 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室200

38、2. 上海 2)阻尼器参数阻尼器参数（阻尼系数（阻尼系数C，速度的指数速度的指数 ）分析分析 05000100001500020000 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 无阻尼器 梁端位移 ( m ) 阻尼常数 ( C ) 05000100001500020000 0 4 8 12 16 20 无阻尼器 塔底弯矩 (105 KN.m) 阻尼常数 (C) 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 05000100001500020000 0 4000 8000 12000

39、16000 20000 阻尼力 ( K N) 阻尼常数 ( C ) 05000100001500020000 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 无阻尼器 阻尼器位移 ( m ) 阻尼常数 ( C ) 阻尼力对阻尼参数最为敏感 可见，随着阻尼器参数的变化，位移和力的变化趋势总是相反的。 较好的做法是折中取值，如阻尼器的速度指数取为0.5，阻尼系数取 为750012500较为合适。 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 3.3.33.3.3两类阻尼器的减震效果比较两类阻尼

40、器的减震效果比较 表表 3.52 两类连接装置的减震效果比较两类连接装置的减震效果比较 分量 弹性连接装置 (K=1.0105kN/m) 阻尼器 (=0.5,C=10000) 塔顶位移(m)0.330.27 梁端位移(m)0.260.21 塔底弯矩(kN.m)1.56106 1.37106 横梁弯矩(kN.m)4.21041.93104 弹性力/阻尼力(kN)2.29104 6.0103 连接装置变形(m)0.230.19 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 3.3.4 3.3.4 结论和建议结论和建议 1) 两类塔、梁连接装置：弹性连接装

41、置和阻尼器均能有效地 减小梁端的地震位移，但阻尼器的效果更为理想。 2) 塔、梁间如选用弹性连接装置，从抗震的角度看，可以认 为，1.0105kN/m是比较合适的一个刚度值。 3) 塔、梁间如选用阻尼器，从抗震的角度看，阻尼器的速度 指数取为0.5，阻尼系数取为750012500较为合适。 4) 弹性连接刚度或阻尼器参数的最后取值还应结合其它荷载的 需求，阻尼器的造价，安装的位置等实际情况而定。 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 4. 4. 专用通航孔桥梁抗震性能研究专用通航孔桥梁抗震性能研究 专用通航孔桥有两个设计方案：一是双幅式钢连续

42、梁桥，另一个 是双幅式预应力混凝土连续刚构桥。桥跨布置：140+268+140m， 桥面宽度16.5m（单幅宽度），梁变高。两幅之间的净距1.0m。 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 4.1 4.1 钢连续梁方案的抗震性能研究钢连续梁方案的抗震性能研究 考虑了桩基础以及相邻联的影响； 左主墩(较高)或右主墩（较矮）设双向固定支座，其余墩设单 向滑动支座 （固定墩设在左主墩）： 基频：0.430 Hz，两幅主梁对称竖弯 第4阶频率：0.541 Hz， 两左主墩一致纵向弯曲 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实

43、验室2002. 上海 江苏省地震工程研究院供： 地表加速度峰值为： 50年10（水平向0.118g，竖向0.078g）； 50年2 （水平向0.169g，竖向0.116g） 每个概率水平三组（水平、竖向）地震加速度地表时程， 对三组都进行了计算，结果取最大值。 4.1.3 4.1.3 地震动输入地震动输入 0123456 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 水平 竖向 放大系数 周期（s ）1.1 50年2 反应谱曲线 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 4.1.4 4.1.4 地震反应谱分析地震反应谱分析 在两种地震概率水平下

44、，均进行反应谱分析，和时程相互校核 反应谱法取前 100阶，按CQC法进行组合 地震输入采用两种方式：1) 纵向竖向；2）横向竖向。 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 2)50年年2%概率水平概率水平 表表 4.17 控制断面抗震验算（纵向控制断面抗震验算（纵向+竖向输入）竖向输入） 截面位置 截面 尺寸 配筋率 项目 轴力 Pj (kN) 弯矩 Mj （kN.m) 抗力 MR(kN.m) j R M M 恒载 24900 / / / 地震 4620 227900 / / 北过渡墩 墩底 7.5m 4m 1.0(0.7)m 1.85% 组

45、合 20280 227900 150500 0.66 恒载 55450 / / / 地震 6973 509200 / / 主墩墩底 7.5m 5.0m 1.2(0.7)m 1.82% 组合 48477 509200 307000 0.60 恒载 22100 / / / 地震 4192 226500 / / 南过渡墩 墩底 7.5m 4m 1.0(0.7)m 1.85% 组合 17908 226500 146800 0.65 4.1.5 4.1.5 时程分析及抗震验算时程分析及抗震验算（固定支座设置在左主墩）（固定支座设置在左主墩） 1)50年年10%概率水平概率水平 只有右过渡墩会横向屈服，但

46、屈服得不多。 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 桥墩强度满足要求，只要合理配置箍筋，即可保证墩柱的抗震安全性 表表 4.18 控制断面抗震验算（横向控制断面抗震验算（横向+竖向输入）竖向输入） 截面位置 截面 尺寸 配筋率 项目 轴力 Pj (kN) 弯矩 Mj （kN.m) 抗力 MR(kN.m) j R M M 40197 / / / 4707 469800 / / 北过渡墩 墩底 7.5m 4m 1.0(0.7)m 1.85% 恒载 地震 组合 35490 469800 318200 0.68 恒载 55450 / / / 地震 2

47、4030 303600 / / 主墩墩底 7.5m 5.0m 1.2(0.7)m 1.82% 组合 31420 303600 340500 1.12 恒载 31361 / / 地震 5210 591600 / / 南过渡墩 墩底 7.5m 4m 1.0(0.7)m 1.85% 组合 26151 591600 291800 0.49 参考铁路工程抗震设计规范，钢连续梁方案的两主墩（高度为38.34m、 34.32m）的折减系数可取0.37和0.35。 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 表表 4.16（a） 关键节点的位移最大值关键节点的位移

48、最大值 (m) 纵向+竖向输入 横向+竖向输入 位置 纵向 竖向 横向 竖向 左过渡墩顶 2.410E-01 / 2.740E-01 / 左主墩顶 1.460E-01 / 4.340E-02 / 中跨跨中 1.560E-01 1.700E-01 2.020E-01 5.010E-02 右主墩顶 3.040E-02 / 3.660E-02 / 右过渡墩顶 1.900E-01 / 2.720E-01 / 表表 4.16（b） 滑动支座最大滑动位移（滑动支座最大滑动位移（纵向纵向+ +竖向输入）竖向输入）(m) 滑动支座位置 支座最大滑动位移 左边墩顶 .2919E+00 右主墩顶 .1560E+0

49、0 右边墩顶 .2725E+00 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 3)支座和桩基础的抗震检算支座和桩基础的抗震检算 表表 4.21 支座水平抗力检算支座水平抗力检算 支座位置 方向 地震剪力（kN） 支座水平抗力(kN 左过渡墩顶 横桥向 1849 800 横桥向 9710 5000 左主墩顶 纵桥向 12540 5000 右主墩顶 横桥向 8645 5000 右过渡墩顶 横桥向 3133 800 表表 4.19 桩基础的验算地震力（纵向桩基础的验算地震力（纵向+竖向输入）竖向输入） 桩基础位置 轴力 P (kN) 剪力 Q2 (kN)

50、 弯矩 M3 (kN.m) 左过渡墩底 4840 5674.20 206780 左主墩底 11500 20268.60 736670 右主墩底 11100 9361.00 218966 右过渡墩底 4300 6398.48 211024 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 4.1.6 4.1.6 两种支座设置方式的抗震性能比较两种支座设置方式的抗震性能比较 两种固定支座设置方式（设置在左主墩或右主墩）对桥梁地震反 应的影响主要在纵桥向，对横向反应的影响较小。 在纵向+竖向输入时，当固定墩设置在左主墩时，控制设计的固 定墩墩底弯矩和墩顶剪力分

51、别比设在右主墩时减小9.2%和18%。 因此，固定墩设置在左主墩是比较有利的。 总体来说，采用任一种支座设置方式，桥梁结构除支座的横向抗 力不足外，其它构件的抗震性能都是满足要求的。 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 4.2 4.2 预应力混凝土连续刚构方案的抗震性能研究预应力混凝土连续刚构方案的抗震性能研究 1# 2.1# 2.2# 3.1# 3.2# 4# 考虑了桩基础和相邻联的影响 主墩与梁 6个自由度主从，过渡墩设单向滑动支座 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 同连续梁方案

52、取前 100阶，按CQC法进行组合 基频：0.3818Hz，主墩同向侧弯 第4阶频率：0.3896 Hz，主墩同向纵弯 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 2)50年年2%概率水平概率水平 表表 4.38 刚构桥控制断面抗震验算（纵向刚构桥控制断面抗震验算（纵向+竖向输入）竖向输入） 截面位置 截面 尺寸 配筋率 项目 轴力 Pj (kN) 弯矩 Mj （kN.m) 抗力 MR(kN.m) j R M M 恒载 28700 / / / 地震 6136 173000 / / 1#墩底 7.5m 4m 1.0(0.7)m 1.85% 组合 22564 173000 154000 0

53、.89 恒载 94625 / / / 地震 33770 213000 / / 2.1#墩底 7.5m 2.5m 0.95(0.65)m 2.13% 组合 60855 211300 116600 0.55 恒载 93570 / / / 地震 58260 216300 / / 3.1#墩底 7.5m 2.5m 0.95(0.65)m 2.13% 组合 35310 216300 92780 0.43 恒载 25900 / / / 地震 5490 185800 / / 4#墩底 7.5m 4m 1.0(0.7)m 1.85% 组合 20410 185800 150700 0.81 苏通长江公路大桥结构

54、抗震性能研究报告 4.2.4 4.2.4 时程分析和抗震验算时程分析和抗震验算 1)50年年10%概率水平概率水平 个别墩柱稍微屈服 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 表表 4.39 刚构桥控制断面抗震验算（横向刚构桥控制断面抗震验算（横向+竖向输入）竖向输入） 截面位置 截面 尺寸 配筋率 项目 轴力 Pj (kN) 弯矩 Mj （kN.m) 抗力 MR(kN.m) j R M M 43997 / / / 5108 542900 / / 1#墩底 7.5m 4m 1.0(0.7)m 1.85% 恒载 地震 组合 38889 542900 327700 0.60 恒载 946

55、25 / / / 地震 40370 300900 / / 2.1#墩底 7.5m 2.5m 0.95(0.65)m 2.13% 组合 54255 300900 290200 0.96 恒载 93570 / / / 地震 55110 394700 / / 3.1#墩底 7.5m 2.5m 0.95(0.65)m 2.13% 组合 38460 394700 249500 0.63 恒载 35161 / / 地震 4025 706500 / / 4#墩底 7.5m 3.5m 1.0(0.7)m 1.85% 组合 31136 706500 305900 0.43 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告

56、参考铁路工程抗震设计规范，强度折减系数0.36和0.34 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 表表 4.37 关键节点的位移最大值关键节点的位移最大值 (m) 纵向+竖向输入 横向+竖向输入 位置 纵向 竖向 横向 竖向 1# 墩顶 0.20 / / / 支座相对 位移 4# 墩顶 0.21 / / / 绝对 / / 3.45E-01 / 主梁跨 中位移 相对 / / 9.54E-11 / 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 3)支座和桩基础的抗震检算支座和桩基础的抗震检算 表表 4.40 桩基础的验算力（纵向桩基础的验算力

57、（纵向+竖向输入）竖向输入） 桩基础位置 轴力 P (kN) 剪力 Q2 (kN) 弯矩 M3 (kN.m) 1# 墩底 6.31E+03 3.46E+03 1.14E+05 2# 墩底 2.84E+04 3.32E+04 1.46E+06 3# 墩底 2.81E+04 2.95E+04 1.69E+06 4# 墩底 5.53E+03 3.11E+03 9.41E+04 表表 4.42 支座水平抗力检算（横向支座水平抗力检算（横向+竖向输入）竖向输入） 支座位置 地震剪力（kN） 支座水平抗力(kN) 1# 墩顶 4924 4# 墩顶 8341 1000 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告

58、同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 4.3 4.3 结论和建议结论和建议 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 1) 钢连续梁方案和预应力混凝土刚构桥方案中两幅桥横向 几乎同步振动，相对位移很小，两幅桥之间不会发生碰撞。 2) 钢连续梁方案和预应力混凝土刚构桥方案的支座固定方 向应提供足够的水平抗力，否则应在各墩顶采取必要的限位 措施。 3) 钢连续梁方案和预应力混凝土连续刚构方案的主墩和过 渡墩，通过合理配置纵筋和箍筋，可以保证墩柱的抗震安全 性。 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 5.5.苏通大桥引桥抗震性能的研究苏通大桥引桥抗震性能的研究 苏通大桥引桥为

59、双幅式多跨预应力混凝土连续梁桥，单幅桥面宽 为16.5m，两幅之间的净距1.0m，全长5570m。 跨径组合为：14x30m（一）+11x50m（二）+11x50m（三） +11x50m（四）+（50m+9x75m）（五）+10 x75m（六），5x75m （七），11x50m（八）+11x50m（九）+11x50m（十）。 研究思路：研究思路：首先进行全桥建模（分四部分），采用反应谱法进行 抗震性能初步分析，然后从十联引桥中选取最有代表性的几联进 行细致的时程反应分析和抗震验算。 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 5.1全桥模型的抗震性

60、能初步分析全桥模型的抗震性能初步分析 5.1.15.1.1动力计算模式的建立动力计算模式的建立 11425364757 57 60 61 62 63 64 65 66 67 58 59 68 1920 2932 3944 5054 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 74 76 77 78 79 75 8293 104115 8491 9899 109110 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 同济大学土木工程国家防灾重点实验室2002. 上海 苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告 5.1.2 5.1.2 动力特性动力特性 引桥的纵向振动