1.前言
2008年5月12日，印度洋板块向亚欧板块俯冲，造成青藏高原快速隆升导致地震。高原物质向东缓慢流动，在高原东缘沿龙门山构造带向东挤压，遇到四川盆地之下刚性地块的顽强阻挡，造成构造应力能量的长期积累，最终在龙门山北川—映秀地区突然释放，汶川遭遇8级强震猝然袭来。这次强震造成了巨大的破坏，桥梁的大量破坏导致了救援工作的延迟，主要表现在桥墩箍筋配置过弱导致剪切等脆性破坏，盖梁长度过短导致落梁等，这次震灾再次引起了全国范围内对地震设计的重视。2008年10月1日，交通运输部颁布了《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)（以下简称“新抗震规范”），首次提出了两水平设防，两阶段设计的思想。
2.地震设计流程
桥梁的抗震设计应重视抗震概念设计，才能保证结构本身具有较好的抗震性能，具体可参考新抗震规范条款9.2，本文仅以某连续刚构为背景，详细介绍采用新抗震规范进行非特殊桥梁抗震设计的方法和思路
采用新抗震规范进行设计的基本流程：
⑴ 首先依据新抗震规范表3.1.2的适用范围，确定桥梁的抗震设防类别。本桥主跨为140m，属于B类。
⑵ 新抗震规范表6.1.4中确立了抗震分析的计算方法，本桥按多振型反应谱法进行地震分析。
⑶ 先确定桥梁所在区域的设防烈度和地震动峰值加速度（新抗震规范表3.2.2），然后依据新抗震规范条款5.2确定反应谱曲线。本桥属于高速公路的桥梁，抗震重要性系数按新抗震规范表3.1.4-2中括号内取值；阻尼为按新抗震规范条款9.3.6取为0.05。图1为地震荷载反应谱曲线。. ^7 d c6 `& I# Z9 ~, z9 n6 o
图1 E1地震荷载反应谱
⑷ 进行结构特征值分析和反应谱分析。
结构特征值分析不在于精细地模拟，而重点要真实、准确地反映结构质量、刚度、结构阻尼及边界条件。因此分析时，一定要进行二期荷载的质量转换，才能确保计算的精确。
⑸ 进行结构内力和变形验算。E1地震下验算结构的内力，保证结构处于弹性；E2地震作用下，验算结构内力是否满足，如不满足则按延性设计，进行位移验算。
3. 动力特性分析
结构特征值分析（即模态分析）是结构动力分析的基础。本文采用MIDAS/Civil 2006建立空间有限元模型，主梁和基础（桥墩、承台和桩基）采用三维梁单元。为了真实模拟桩—土作用，假定土介质是线弹性的连续介质，等代土弹簧刚度由土介质的动力m值计算。
本文采用子空间迭代法进行模态分析，计算选取前300阶振型以保证反应谱分析在计算方向上有90%以上的参与质量，限于篇幅本文列出了前10阶的模态（表1所示）和前6阶振型图（图2～图7所示）。
表1 不同桥墩形式的前10阶结构自振模态
模态
|
频率
|
周期
|
振型描述
|
1
|
0.294
|
3.407
|
桥墩1阶对称横向弯曲
|
2
|
0.475
|
2.105
|
桥墩1阶纵向弯曲
|
3
|
0.626
|
1.596
|
桥墩1阶反对称横向弯曲
|
4
|
1.159
|
0.863
|
主梁1阶对称竖弯
|
5
|
1.381
|
0.724
|
主梁1阶横弯
|
6
|
2.066
|
0.484
|
桥墩2阶反对称横向弯曲
|
7
|
2.067
|
0.484
|
桥墩2阶对称横向弯曲
|
8
|
2.079
|
0.481
|
主梁1阶反对称竖弯
|
9
|
2.316
|
0.432
|
主梁2阶对称竖弯
|
10
|
2.592
|
0.386
|
主梁2阶反对称竖弯
|
从表1中结构的前10阶振型可得到以下结论：
1.本桥基频为0.294Hz，周期为3.407s，说明本桥刚度较大；
2.本桥前10阶振型中第1，3，6和7阶为桥墩横向的振动，第2阶为桥墩纵向的振动，说明本桥横向刚度比纵向刚度弱；’ ^3 E; ]4 d* V
3. 本桥前10阶中没有出现扭转振动，说明本桥扭转刚度较大
4 地震反应谱分析及结构响应
依据《公路桥梁抗震设计细则》JTG/T B02-01-2008的规定,对于B类设防的桥梁，E1地震作用下结构不应发生损伤，即结构应处于弹性范围；E2地震作用下结构不致于倒塌，经临时加固可供维持应急交通。E2地震作用引入了能力保护原则，采用延性设计的方法，确保塑性铰在选定的位置出现，并且不发生剪切破坏的脆性破坏形式。
地震输入采用两种方式：1）纵向＋竖向；2）横向＋竖向，结构振型按CQC法进行组合，地震方向按SRSS法进行组合。按照恒载和地震荷载作用下的最不利情况进行组合，轴力组合为最小的恒载轴力和地震产生的最大轴力值之差，弯矩组合为恒载产生的弯矩与地震产生的弯矩的绝对值之和。
图8 结构E2地震作用下顺桥向弯矩包络图(kN.m)
从图8可看出，最大弯矩发生在桥墩底部，因此将墩底设定为塑性铰发生的区域。通过对桥墩控制断面进行P-M-Φ分析，得到相关断面的抗弯能力，从而进行抗震验算。在抗弯承载能力在E1荷载作用下取截面的初始屈服弯矩；在E2荷载作用下取等效屈服弯矩。
表2 地震荷载作用下桥墩强度验算
位
置
|
荷载组合
|
结构内力
|
结构抗力
|
安全5 ^3 B. j5 f P- e# B5 @
系数
|
N
|
My
|
Mz
|
Mu,y
|
Mu,z
|
墩
顶
|
恒+(E1.X+Z)
|
82260
|
348894
|
0
|
1264741
|
0
|
3.63
|
恒-(E1.X+Z)
|
99268
|
-242102
|
0
|
-1066761
|
0
|
4.41
|
恒+(E1.Y+Z)
|
82647
|
150001
|
73985
|
815631
|
402292
|
5.44
|
恒-(E1.Y+Z)
|
98882
|
-43209
|
-73985
|
-238999
|
-409228
|
5.53
|
恒+(E2.X+Z)
|
76308
|
555743
|
0
|
798880
|
0
|
1.44
|
恒-(E2.X+Z)
|
105221
|
-448950
|
0
|
-1795801
|
0
|
4.00
|
恒+(E2.Y+Z)
|
76964
|
217625
|
125774
|
1292146
|
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