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1、集美大桥抗震分析研究报告同济大学土木工程防灾国家重点实验室2006年11月15日目 录1 工程概况 12 荷载工况 52.1 反应谱分析 52.2 地震时程分析 7第一部分 主桥 9第二部分 陆上引桥道路桥高墩联 42第三部分 陆上引桥道路桥低墩联 55第四部分 海上引桥高墩联 68第五部分 海上引桥低墩联 1071 工程概况集美大桥是一项大型桥梁工程，主要包括海上及陆上两部分，海上桥梁长度约3.8km。本次研究主要针对以下典型桥式进行抗震分析：55m+2100m+55m预应力混凝土连续梁，见图1.1；陆上引桥方案330m连续刚构道路桥（分别取高墩联及低墩联），见图1.2。海上引桥方案650m
2、桥墩连续梁道路桥及350m桥墩连续梁BRT桥（分别取高墩联及低墩联），见图1.3；主要研究内容有： 建立了三种典型桥式的空间动力计算模型； 采用反应谱方法研究了三种典型桥式的弹性地震反应； 采用非线性时程分析了主桥及海上引桥采用减隔震设计后的减、隔震效果。145（a） 立面图 （b）中间墩 （c）过渡墩图1.1主桥结构示意图（a） 陆上引桥高墩联（b） 陆上引桥低墩联（c） 陆上引桥墩柱构造图1.2 陆上引桥结构示意图（a） 海上引桥道路桥（b） 海上引桥BRT桥（c） 海上引桥墩柱构造图1.3海上引桥结构示意图2 荷载工况2.1 反应谱分析集美大桥及接线工程场址处地震基本烈度为度，综合场地土
3、层反应分析，场地位于峰值加速度0.15g分区内，场地土按公路工程抗震设计规范判定为-类场地。报告采用厦门集美大桥及接线工程场地地震安全性评价提供的地震动参数，两阶段抗震设防概率水准分别取50年超越概率10%和50年超越概率3%。阻尼比为0.05的水平设计反应谱计算公式采用式2.1。 （2.1）式中：t 反应谱周期；T1反应谱平台起点周期；Tg反应谱特征周期；(t)周期为t时反应谱；max反应谱最大值；c衰减系数。对应地震影响系数为：，其中K=Amax/1000。相应的设计地震反应谱谱形参数值见表2.1。竖向地震动反应谱取对应的水平向地震动峰值的2/3作为其加速度峰值，其谱形参数与水平向的谱形参
4、数相同。50年超越概率10%和50年超越概率3%的水平及竖向设计地震动反应谱Sa(T)曲线如图2.1图2.2所示。表2.1 水平地震反应谱参数超越概率水准T1/sTg/smaxAmax/galCmax/g50年10%0.100.702.31611.10.37050年3%0.100.902.32051.10.471表2.2 竖向地震反应谱参数超越概率水准T1/sTg/smaxAmax/galCmax/g50年10%0.100.702.31071.10.24750年3%0.100.902.31361.10.314图2.1水平向设计地震反应谱图2.2 竖向设计地震反应谱采用图2.1中谱曲线作为水平方
5、向输入反应谱，图2.2中谱曲线作为竖直方向输入反应谱。计算时考虑两种工况：纵桥向输入和横桥向输入。工况一：纵桥向地震输入+竖向地震输入；工况二：横桥向地震输入+竖向地震输入。2.2 地震时程分析采用图2.3图2.4所示的厦门集美大桥及接线工程场地地震安全性评价提供的50年超越概率10水平和50年超越概率3水平下残积土顶面（局部冲刷线位置附近）地震加速度时程曲线进行非线性地震时程分析。图2.3 水平方向加速度时程曲线（50年超越概率10%）图2.4 水平方向加速度时程曲线（50年超越概率3%）分别计算地表面和基岩面50年超越概率10水平下的地震响应，取该概率水平下相应的3条地震动时程曲线分别输入
6、所得计算结果的平均值。竖向地震动取对应的水平向地震动峰值的2/3作为其加速度峰值，计算时分别考虑两种工况：纵桥向输入和横桥向输入。工况一：纵桥向地震输入+竖向地震输入；工况二：横桥向地震输入+竖向地震输入。本报告分别对主桥、陆上引桥道路桥高墩联、陆上引桥道路桥低墩联、海上引桥高墩联、海上引桥低墩联进行动力特性、反应谱及非线性时程分析，且分五部分分别列出其计算结果。第一部分 主桥部分1 计算模型采用Sap2000 Nonlinear程序建立了集美大桥主桥的动力空间计算模型。主桥混凝土箱梁、墩柱均采用三维弹性梁单元模拟，二期恒载等效为线质量均匀施加主梁上，承台质量等效为集中质量施加于承台重心处，群
7、桩基础按局部冲刷线计算采用承台底弹簧模拟。主桥计算模型见图1-1。22#23#24#25#26# 图1-1 主桥计算模型示意图主桥结构几何尺寸、质量、刚度基本呈对称分布，可以按对称结构建模，其墩梁连接形式见表1-1所示。表1-1 主桥墩梁连接形式位置xyzRxRyRz22#墩01110123#墩01110124#墩11110125#墩01110126#墩011101注：1 表中0表示自由，1表示主从。2 x表示纵桥向，y表示横桥向，z表示竖桥向，Rx表示绕x方向旋转，Ry表示绕y方向旋转，Rz表示绕z方向旋转。2 主桥动力特性 报告针对集美大桥主桥进行结构动力特性分析，并给出了对应的前20阶频
8、率及部分振型图。集美大桥主桥为55m+2100m+55m预应力混凝土连续梁，主桥动力特性分析采用图1-1所示的计算模型，表2-1列出了主桥部分主要振型的周期、频率及振型特征。图2-1图2-10为主桥部分第110阶振型示意图。表2-1 主桥动力特性振型阶数周期 (sec)频率（Hz）振型描述12.0620.485BRT桥一阶纵弯21.8270.547公路道路桥两幅一阶反对称纵弯31.8270.547公路道路桥两幅一阶对称纵弯41.2850.778BRT桥一阶横弯51.0850.922公路道路桥左幅一阶横弯61.0850.922公路道路桥右幅一阶横弯71.0770.929BRT桥主梁一阶竖弯81.
9、0570.946BRT桥二阶横弯91.0320.969公路道路桥主梁二阶对称竖弯101.0320.969公路道路桥主梁二阶反对称竖弯110.9101.099公路道路桥主梁二阶对称横弯120.9101.099公路道路桥主梁二阶反对称横弯130.8661.155140.7881.269150.7881.269160.7411.349170.6611.512180.6611.512190.6431.555200.6171.620图2-1 第一阶振型图2-2 第二阶振型图2-3 第三阶振型图2-4 第四阶振型图2-5 第五阶振型图2-6 第六阶振型图2-7 第七阶振型图2-8 第八阶振型图2-9 第九
10、阶振型图2-10 第十阶振型3 主桥反应谱分析结果采用图2-1中谱曲线作为水平方向输入反应谱，图2-2中谱曲线作为竖直方向输入反应谱，分别计算纵桥向输入和横桥向输入两种工况下的结构响应。3.1 纵桥向地震50年超越概率10%表3-1为主桥道路桥在50年超越概率10%纵桥向地震作用下墩柱墩底截面的剪力及弯矩值。表3-1 主桥道路桥墩底截面内力位置动轴力/kN剪力/kN弯矩/kN*m22#墩2641.35 2352.83 26586.84 23#墩5159.13 2879.41 28663.30 24#墩7493.59 16964.86 285708.57 25#墩5158.91 2879.53
11、28664.77 26#墩2641.21 2352.75 26585.51 表3-2为主桥BRT桥在50年超越概率10%纵桥向地震作用下墩柱墩底截面的剪力及弯矩值。表3-2 主桥BRT桥墩底截面内力位置动轴力/kN剪力/kN弯矩/kN*m22#墩2264.64 1970.13 24037.81 23#墩4899.17 2528.35 27296.88 24#墩6894.19 14132.09 252561.74 25#墩4899.36 2528.36 27297.01 26#墩2264.90 1970.15 24038.57 表3-3为主桥道路桥在50年超越概率10%纵桥向地震作用下的承台底反力。表3-3 主桥道路桥承台底反力位置竖向力/kN水平力/kN弯矩/kN*m22#墩3514.15 3608.07 34970.08 23#墩6083.52 6161.27 46845.68 24#墩8512.52 17550.39 354021.85 25#墩6083.27 6161.12 46846.85 26#墩3513.97 3608.04 34968.80 表3-4为主桥BRT桥在50年超越概率10%纵桥向地震作用下的承台底反力。表3-4 主桥BRT桥承台底反力位置竖向力/kN水平力/kN弯矩/kN*m22#墩2819.06 2950.66 3
