MIDASpushover分析在桥梁双柱及排架墩抗震计算中的应用

1、MIDAS pushover分析在桥梁双柱及排架墩抗震计算中的应用摘要：由于近几年地震的频发及地震作用给建筑结构 所带来的严重破坏，使得科研及设计人员越加注重地震作用 的分析。而桥梁结构作为重要的交通枢纽，对桥梁各个结构 基于抗震性能的计算也日趋完善。在桥梁结构抗震分析中， 能力保护构件的验算须满足规范要求。本文通过对双柱墩横 向地震下的 midas建模分析，阐述pushover分析在双柱墩或 排架墩地震工况下的计算。 通过pushover迭代分析得由墩底 塑性屈服时的轴力和墩柱达到屈服状态时的横向位移。关键词：桥梁；地震作用；抗震分析；midas pushover分析；墩柱屈服时轴力和位移桥

2、梁作为交通生命线的枢纽，由于其用途的特殊性，一 旦遭受地震破坏，将会导致巨大的经济及生命财产损失，且 震后修复较为困难。故在桥梁结构设计中，对桥梁结构两阶 段地震作用下的抗震分析和计算显得尤为重要。针对桥梁结 构中能力保护构件桥墩在 E2作用下的抗震验算应按照规范 验算桥墩墩顶的位移，并验算桥墩在地震作用时的抗弯及抗 剪强度。采用非线性时程进行地震反应分析的桥梁应验算其 塑性转角。城市桥梁抗震设计规范 7.3.7条规定，对双柱墩、 排架墩顺桥向的容许位移按照规范公式计算即可，横桥向的容许位移可在盖梁处施加水平力F,进行非线性分析（推倒分析），通过分析计算得由墩柱任一塑性较达到其最大容许 转角货

3、塑性较区控制截面达到最大容许曲率时，盖梁处的横 向水平位移。一、工程实例滨海地质条件下，3x30m预制简支变连续等截面小箱梁； 桥宽13.5m,横向设四片小箱梁，梁高为 1.6m,采用通用图 设计。预制小箱梁下部采用双柱接明盖梁，盖梁为普通钢筋 混凝土结构，盖梁尺寸（高x宽）为1.6x1.8m,下接1.6x1.6m 矩形墩柱，标准柱间距为 6.5m o其中墩断面图见图一。图一：小箱梁中墩断面图二：midas模型建立桥面铺装：10cm改性沥青和10cmC40防水混凝土 ；汽 车荷载：公路一I级；设计车速：V=80km/h ;设计年限：100 年；设计基准期：100年；环境类别：n类。二：模型建立

4、对桥梁上部结构计算时建立全桥midas模型进行空间动力分析，而针对小箱梁双柱墩的横向分析，本文同过midas中的pushover分析模块进行建模计算。3x30m小箱梁在横向 建模分析时将上部结构等效成集中质量加载与盖梁上，下部 盖梁和墩柱承台采用梁单元进行模拟，承台底约束考虑桩土 作用，施加集中刚度。模型建立见图二。城市桥梁抗震规范中 6.6节中指由，关于横向允许位移 的计算，首先计算由横桥向墩柱在设计配筋所能达到的超强 弯矩，根据超强弯矩得由墩柱的极限曲率，进而得由墩柱的 横向允许位移。在本文midas模型中横向允许位移的求解过程是一个迭 代逼近的过程：首先通过midas中上部恒载组合得由墩

5、柱的恒载反力如 图三所示，得到恒载反力Fx=3870.2kN,按截面实际配筋，采用材料强度标准值，通过midas中M-phi曲线得由截面的屈服弯矩（图四），而规范中截面的超强弯矩为截面屈服弯 矩乘以超强系数 0=1.2,故截面超强弯矩M=1.2*9700.1=11640kNm ,图三：恒载组合下的墩柱反力图四：墩柱截面截面特性值根据超强弯矩得由墩顶的横向剪力，然后进行模型的迭 代计算，初次迭代计算表格见表1.初次迭代初始轴力（kN） 5908.6等效弯矩（kN?m） 11640墩高（m） 7单墩等效剪力（kN） 3325盖梁顶剪力 6650表1初次迭代墩顶剪力将表1中得到的盖梁顶剪力施加到模型

6、中的盖梁节点中， 方向为横桥向，并与恒载组合，进行模型计算，结果如图五， 然后进行第二次迭代计算的由结果如表2。规范中规定剪力V产生的轴力与恒载组合后， 采用组合轴力，重复迭代计算， 直到相邻2次计算各墩柱剪力之和相差在10%之内即可，由计算结果可以得由，在第一次迭代后，剪力相差就已经很小， 模型中进行第3、4次迭代结果相差更小。在模型中定义pushover荷载工况和参数，以 10cm等分 步长进行推倒分析。模型中采用子设定三折线模型，设定好 墩柱塑性较力学模型。根据M-phi结果换算由极限曲率。规范中规定最大容许曲率为极限破坏状态的曲率能力除以安 全系数，安全系数值为 2。图五：第二次迭代后

7、各墩反力第二次迭代左墩右墩墩底轴力（kN） 10877.7 860.7等效弯矩（kN?m） 13796.3 9108墩高（m） 7 7单墩等效剪力（kN） 3942 2602盖梁顶剪力（kN） 6544表2第二次迭代后盖梁顶剪力和根据模型表格结构寻找最先屈服步骤（见下图）：图六：模型单元激活结果查得屈服步骤后，通过位移查看结果找找该步骤的允许 位移，得到盖梁顶允许位移为7cm o三、结论通过对小箱梁midas模型的建模分析过程的计算和结果 的得由，得由双柱墩的横桥向分析过程：1）通过集中质量简化建模，能较为实际的反应小箱梁 在地震工况下的下部受力情况；2）双柱墩地震情况下的允许位移计算必须通过推倒迭 代分析进行计算，如是定义墩柱构件的特性， 在迭代过程中, 相邻两次迭代计算后的盖梁顶剪力相差应满足规范要求；3）计算中墩柱截面特性 M-phi曲线的实际模拟对结果精 度影响较大，应对配筋截面材料实际模拟；由于地震的频发，地震给桥梁所带来的危害要引起重视， 对地震工况下桥梁下部结构横纵向的计算保证了桥梁结构 在地震下的安全性，将会大大降低地震所带来的生命财产损 失。参考文献：【1】潘龙.基于推倒分析方法的桥梁结构地震损伤分析 与性能设计D.上海：同济大学，2001.2张晨男.推倒分析方法在高架桥系统抗震分析中的 应用D.上海：同济大学，2003.31卢华.性能设