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[摘 要]2008年汶川大地震的桥梁震害调查及其研究结果表明，中小跨径梁桥的桥台在一定程度上能减小结构整体破坏的概率。本文以一多跨钢筋混凝土连续梁桥为例，针对多种桥台的力-位移非线性模型进行模拟，并建立了全桥的非线性动力分析模型。然后通过考慮不同台后填土类型，详细分析了桥后填土对混凝土连续梁桥抗震性能的影响。分析结果表明：主梁的撞击会使台后填土产生的被动土压力，不同的台后填土类型会导致桥梁结构的地震响应有所不同，因此在抗震设计中有必要先确定桥台背后填土的性质，以保证桥台模拟更为精确。
[关键词]桥梁，地震，回填土，地震波
中图分类号：U442.55 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）12-0254-01
1.算例简介
以一座5跨RC连续梁桥为研究对象，桥梁的上部结构采用梁高1.8m的30m跨钢筋混凝土连续箱梁，材料为C50混凝土。桥墩高度为8.0m，采用圆形实体截面，墩的直径为1.5m，纵向配筋率为2.3%，材料为C30混凝土。桥梁采用的桥台形式为由桩基础支撑的典型的座式桥台，桥台总高为8.3m，背墙高度为2.3m，采用了10根直径为1.2m的钻孔灌注桩基础，基础和桥台混凝土全部采用C30。桥台与主梁之间的伸缩缝为10cm。桥台和桥墩处均采用了板式橡胶支座。
桥梁上部结构采用弹性梁单元模拟。有研究表明板式橡胶支座的力学特性表现为力与位移之间的线性关系，因此采用线性弹簧模拟。桥墩在地震作用下会产生塑性铰，因此墩柱采用弹塑性单元模拟。由于算例桥梁所在的地质条件较好，本文不考虑桩土相互作用的影响，在1～4#墩的墩底采用完全固结处理，而0#和5#桥台采用非线性弹簧模拟。
式中，Kmax为变形曲线的初始切线刚度，Fult为极限承载力（由相关被动土压力理论确定），Rf为失效比，即极限荷载与双曲线渐近线的值之比。Kmax的值根据桥台墙体的尺寸以及相关材料特性由弹性理论计算确定，Rf的值由经验确定。上式给出的桥台双曲线力-位移关系。
Wilson和Elgmal认为此双曲线模型适用于表2中给出的四种填土类型下桥台的地震响应并提供了相应的参数。本文在其基础上同样引入桥台高度修正比例因子f，计算得到的参数取值如表1所示。
3.地震波选择
传统的反应谱分析方法为一种静力分析方法，无法考虑非线性桥台模型的影响，因此本文采用更为业的非线性动力时程分析方法进行计算，以得到桥梁的地震反应。一般在分析中要选择合适的地震波，为保证分析过程中主梁与桥台能发生碰撞，本文从美国太平洋地震工程研究中心的强震数据库中选取了3条强震地震波，分析时地震激励沿纵桥向进行输入，不考虑横向和竖向地震作用的影响。
4.桥台填土类型的影响分析
本文针对该连续梁桥分别选用上文提到的不同台后填土的恢复力模型和不同的填土类型进行组合，从而产生了7个计算模型。首先分析7个模型在选用的3条地震波作用下主梁纵向位移的最大值，如下表2所示。
由表2可以看出，在三条地震波输入下，桥台-填土体系约束了梁体的纵向移位。其中，在地震波No.1作用下，桥台对主梁的约束作用明显，其纵向位移最大可减少37%。且不同计算模型产生的结果各有不同，如在地震波No.2作用下，模型6计算得到的主梁位移相比不考虑桥台工况减少了32%，而模型2却只减小20%。
桥台-填土体系对降低桥梁墩柱位移需求，无论是采用弹塑性或是双曲线力-位移关系，又或是不同的台后填土类型，算例桥梁中的1、2#墩顶位移的最大值都要小于其在不考虑桥台情况下的计算值。同时，由图可以看出，不同地震波强度作用下1、2#墩柱的位移响应差别明显，比如模型7在地震波No.2激励下1#墩顶位移为3.9cm，而在地震波No.3激励下则为6.4cm，前者相对于后者位移响应减少了39%；而同一地震波输入下不同计算模型的位移需求也有所不同，因此桥梁结构抗震模型时需充分考虑到桥台背后的填土特性。
计算模型在不同地震波激励下的墩底截面内力的需求有差异，同样，在统一地震力下不同台后填土类型所对应的内力需求也各有不同。
5.结论
本文基于两类桥台模型，针对不同的台后填土类型，以一座5跨RC连续梁为例建立了7非线性有限元模型，并选取了3条强震地震波，分析了桥台的受力行为对整个桥跨结构地震响应的影响。得到主要结论如下：
在地震作用激励下，主梁的撞击会使台后填土产生的被动土压力，此时桥台能有效约束了主梁在纵向的位移响应，从而减小了桥梁的地震需求，如墩顶位移、墩底截面内力等，同时也降低了桥梁上部结构发生落梁的概率。
在同一地震波输入下，不同计算模型（台后填土类型不同）的地震响应有所不同，因此在抗震设计中有必要首先确定桥台背后填土的性质，以准确获取相应的计算参数，从而精确模拟桥梁结构的桥台模型。
参考文献
[1] 孙治国，王东升，张蓓，等.高原大桥桥台地震破坏机理与抗震措施分析[J].地震工程与工程振动，2012， 32（4）：79-87.
[2] 陈乐生. 汶川地震公路震害调查-桥梁.人民交通出版社， 2012.
[关键词]桥梁，地震，回填土，地震波
中图分类号：U442.55 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）12-0254-01
1.算例简介
以一座5跨RC连续梁桥为研究对象，桥梁的上部结构采用梁高1.8m的30m跨钢筋混凝土连续箱梁，材料为C50混凝土。桥墩高度为8.0m，采用圆形实体截面，墩的直径为1.5m，纵向配筋率为2.3%，材料为C30混凝土。桥梁采用的桥台形式为由桩基础支撑的典型的座式桥台，桥台总高为8.3m，背墙高度为2.3m，采用了10根直径为1.2m的钻孔灌注桩基础，基础和桥台混凝土全部采用C30。桥台与主梁之间的伸缩缝为10cm。桥台和桥墩处均采用了板式橡胶支座。
桥梁上部结构采用弹性梁单元模拟。有研究表明板式橡胶支座的力学特性表现为力与位移之间的线性关系，因此采用线性弹簧模拟。桥墩在地震作用下会产生塑性铰，因此墩柱采用弹塑性单元模拟。由于算例桥梁所在的地质条件较好，本文不考虑桩土相互作用的影响，在1～4#墩的墩底采用完全固结处理，而0#和5#桥台采用非线性弹簧模拟。
式中，Kmax为变形曲线的初始切线刚度，Fult为极限承载力（由相关被动土压力理论确定），Rf为失效比，即极限荷载与双曲线渐近线的值之比。Kmax的值根据桥台墙体的尺寸以及相关材料特性由弹性理论计算确定，Rf的值由经验确定。上式给出的桥台双曲线力-位移关系。
Wilson和Elgmal认为此双曲线模型适用于表2中给出的四种填土类型下桥台的地震响应并提供了相应的参数。本文在其基础上同样引入桥台高度修正比例因子f，计算得到的参数取值如表1所示。
3.地震波选择
传统的反应谱分析方法为一种静力分析方法，无法考虑非线性桥台模型的影响，因此本文采用更为业的非线性动力时程分析方法进行计算，以得到桥梁的地震反应。一般在分析中要选择合适的地震波，为保证分析过程中主梁与桥台能发生碰撞，本文从美国太平洋地震工程研究中心的强震数据库中选取了3条强震地震波，分析时地震激励沿纵桥向进行输入，不考虑横向和竖向地震作用的影响。
4.桥台填土类型的影响分析
本文针对该连续梁桥分别选用上文提到的不同台后填土的恢复力模型和不同的填土类型进行组合，从而产生了7个计算模型。首先分析7个模型在选用的3条地震波作用下主梁纵向位移的最大值，如下表2所示。
由表2可以看出，在三条地震波输入下，桥台-填土体系约束了梁体的纵向移位。其中，在地震波No.1作用下，桥台对主梁的约束作用明显，其纵向位移最大可减少37%。且不同计算模型产生的结果各有不同，如在地震波No.2作用下，模型6计算得到的主梁位移相比不考虑桥台工况减少了32%，而模型2却只减小20%。
桥台-填土体系对降低桥梁墩柱位移需求，无论是采用弹塑性或是双曲线力-位移关系，又或是不同的台后填土类型，算例桥梁中的1、2#墩顶位移的最大值都要小于其在不考虑桥台情况下的计算值。同时，由图可以看出，不同地震波强度作用下1、2#墩柱的位移响应差别明显，比如模型7在地震波No.2激励下1#墩顶位移为3.9cm，而在地震波No.3激励下则为6.4cm，前者相对于后者位移响应减少了39%；而同一地震波输入下不同计算模型的位移需求也有所不同，因此桥梁结构抗震模型时需充分考虑到桥台背后的填土特性。
计算模型在不同地震波激励下的墩底截面内力的需求有差异，同样，在统一地震力下不同台后填土类型所对应的内力需求也各有不同。
5.结论
本文基于两类桥台模型，针对不同的台后填土类型，以一座5跨RC连续梁为例建立了7非线性有限元模型，并选取了3条强震地震波，分析了桥台的受力行为对整个桥跨结构地震响应的影响。得到主要结论如下：
在地震作用激励下，主梁的撞击会使台后填土产生的被动土压力，此时桥台能有效约束了主梁在纵向的位移响应，从而减小了桥梁的地震需求，如墩顶位移、墩底截面内力等，同时也降低了桥梁上部结构发生落梁的概率。
在同一地震波输入下，不同计算模型（台后填土类型不同）的地震响应有所不同，因此在抗震设计中有必要首先确定桥台背后填土的性质，以准确获取相应的计算参数，从而精确模拟桥梁结构的桥台模型。
参考文献
[1] 孙治国，王东升，张蓓，等.高原大桥桥台地震破坏机理与抗震措施分析[J].地震工程与工程振动，2012， 32（4）：79-87.
[2] 陈乐生. 汶川地震公路震害调查-桥梁.人民交通出版社， 2012.