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[摘要]本文以高速公路桥梁中常见的30m跨径圆柱式简支梁桥为例，通过空间有限元仿真分析，探讨系梁的不同处理方式对抗震计算结果的影响，对完善桥梁抗震计算方法有参考意义。
[关键词]简支梁桥；系梁；抗震计算；有限元；
Abstract : This paper takes simply supported girder bridge of 30m-span, cylindrical pier as example, which is common in highway design, to investigate theinfluences on earthquake-resistant calculation by different processing mode of surport beamthrough the analyse ofFEA，to perfect the way of calculating earthquake-resistant ability.
Key Words : surport beam, earthquake-resistant calculation, FEA
中图分类号：U448.21+8 文献标识码：A 文章编号：
桥梁工程为生命线工程之一，生命线工程的破坏会造成震后救灾工作的巨大困难[1]。这使得桥梁工程的防灾减灾研究不容忽视。汶川地震的警示也对现今桥梁工程设计里的抗震设计范畴提出了更高的要求——要能够更准确更真实地反映出地震响应情况。
本文以30m跨径圆柱式简支梁桥为研究对象，结合土木工程专用有限元分析软件Midas Civil 2010[2]，通过比较桥墩系梁在有限元仿真分析中，采用不同处理方式时所得到的结果，从而为完善桥梁抗震计算方法提供参考。
1 工程概况
本桥上部采用30m简支小箱梁，以4x30m为一联。计算选取其中三联，前后各一联作为分析边界，仅以中间一联为研究对象。下部采用圆柱式桥墩，柱径160cm，桩径180cm，桩顶设置150x130cm系梁。
本桥设计荷载等级为公路Ⅰ级，场地类别Ⅳ类。根据该项目地震评估报告，反应谱参数如下所示:
表1区域地震数据
2 基本模型
本桥依据《公路桥梁抗震设计细则》6.3 条要求，建立全桥空间杆系模型，计算软件为MIDAS Civil 2010。桩土作用通过等效刚度弹簧边界模拟。系梁周围表层土的约束作用很弱，建模时可以忽略不计。
（实际模型建三联，此处仅示意一联。）
3 分析计算
结构在E1地震作用下，整个桥墩保持弹性状态。E2地震作用下，桥墩作为延性构件，出现塑性铰，进入塑性变形阶段。系梁则有两种处理思路。第一,系梁埋入土中，与桩基一同归于能力保护构件。第二，系梁在横桥向地震下會受到较大内力，应同桥墩按照延性进行设计。
本项目所在区域地面平缓，系梁只影响桥墩横桥向刚度，故本文仅以横桥向为研究对象。
表2 本项目拟配筋
利用纤维截面分析软件UCfyber计算以上配筋下截面的塑性特性值。通过对单墩进行横向pushover分析计算得到桥墩位移容许值及桩基计算内力。通过全桥模型中延性构件塑性铰区截面刚度折减计算得到E2地震作用下的实际位移。
表3 反应谱法计算结果
通过以上计算可知，在按照表2尺寸和配筋条件下，系梁进入塑性状态。若此时在建模过程中仍将系梁按照弹性计算，根据表3可知，在地震作用下作为能力保护构件的桩基，其计算出的内力偏小，计算结果是偏于不安全的。
同时，如果在工程上要将系梁设计为能力保护构件，则需要更大的截面积和配筋率。从表3的结果可知，系梁弹性对横桥向的位移控制贡献并不大。此做法不经济。
另外，地震作用下，系梁塑性铰的屈服能起到耗散地震能量的作用，也可作为桥梁减震设计中的一环。
综上所述，笔者倾向于在工程中将系梁设计为延性构件，并在计算时充分考虑其塑性特性。
4 结束语
近年来，结构的抗震设计在工程设计中越来越受到关注。作为一个在国内发展相对较晚的领域，构件的设计思路和计算方法需要广大土工工作者在实际的工作中不断探索和完善。
参考文献
[1] 范立础.桥梁抗震[M].上海:同济大学出版社,1996
[2] 刘美兰.midas Civil在桥梁结构分析中的应用(一)[M].北京:人民交通出版社,2012
[关键词]简支梁桥；系梁；抗震计算；有限元；
Abstract : This paper takes simply supported girder bridge of 30m-span, cylindrical pier as example, which is common in highway design, to investigate theinfluences on earthquake-resistant calculation by different processing mode of surport beamthrough the analyse ofFEA，to perfect the way of calculating earthquake-resistant ability.
Key Words : surport beam, earthquake-resistant calculation, FEA
中图分类号：U448.21+8 文献标识码：A 文章编号：
桥梁工程为生命线工程之一，生命线工程的破坏会造成震后救灾工作的巨大困难[1]。这使得桥梁工程的防灾减灾研究不容忽视。汶川地震的警示也对现今桥梁工程设计里的抗震设计范畴提出了更高的要求——要能够更准确更真实地反映出地震响应情况。
本文以30m跨径圆柱式简支梁桥为研究对象，结合土木工程专用有限元分析软件Midas Civil 2010[2]，通过比较桥墩系梁在有限元仿真分析中，采用不同处理方式时所得到的结果，从而为完善桥梁抗震计算方法提供参考。
1 工程概况
本桥上部采用30m简支小箱梁，以4x30m为一联。计算选取其中三联，前后各一联作为分析边界，仅以中间一联为研究对象。下部采用圆柱式桥墩，柱径160cm，桩径180cm，桩顶设置150x130cm系梁。
本桥设计荷载等级为公路Ⅰ级，场地类别Ⅳ类。根据该项目地震评估报告，反应谱参数如下所示:
表1区域地震数据
2 基本模型
本桥依据《公路桥梁抗震设计细则》6.3 条要求，建立全桥空间杆系模型，计算软件为MIDAS Civil 2010。桩土作用通过等效刚度弹簧边界模拟。系梁周围表层土的约束作用很弱，建模时可以忽略不计。
（实际模型建三联，此处仅示意一联。）
3 分析计算
结构在E1地震作用下，整个桥墩保持弹性状态。E2地震作用下，桥墩作为延性构件，出现塑性铰，进入塑性变形阶段。系梁则有两种处理思路。第一,系梁埋入土中，与桩基一同归于能力保护构件。第二，系梁在横桥向地震下會受到较大内力，应同桥墩按照延性进行设计。
本项目所在区域地面平缓，系梁只影响桥墩横桥向刚度，故本文仅以横桥向为研究对象。
表2 本项目拟配筋
利用纤维截面分析软件UCfyber计算以上配筋下截面的塑性特性值。通过对单墩进行横向pushover分析计算得到桥墩位移容许值及桩基计算内力。通过全桥模型中延性构件塑性铰区截面刚度折减计算得到E2地震作用下的实际位移。
表3 反应谱法计算结果
通过以上计算可知，在按照表2尺寸和配筋条件下，系梁进入塑性状态。若此时在建模过程中仍将系梁按照弹性计算，根据表3可知，在地震作用下作为能力保护构件的桩基，其计算出的内力偏小，计算结果是偏于不安全的。
同时，如果在工程上要将系梁设计为能力保护构件，则需要更大的截面积和配筋率。从表3的结果可知，系梁弹性对横桥向的位移控制贡献并不大。此做法不经济。
另外，地震作用下，系梁塑性铰的屈服能起到耗散地震能量的作用，也可作为桥梁减震设计中的一环。
综上所述，笔者倾向于在工程中将系梁设计为延性构件，并在计算时充分考虑其塑性特性。
4 结束语
近年来，结构的抗震设计在工程设计中越来越受到关注。作为一个在国内发展相对较晚的领域，构件的设计思路和计算方法需要广大土工工作者在实际的工作中不断探索和完善。
参考文献
[1] 范立础.桥梁抗震[M].上海:同济大学出版社,1996
[2] 刘美兰.midas Civil在桥梁结构分析中的应用(一)[M].北京:人民交通出版社,2012