重庆交通大学土木工程学院 重庆市 400074
摘要：近年来，我国的城市化进程有了很大进展，在城市交通中，出现了大批跨越铁路的重要控制性桥梁。此类桥梁在施工中，需要保证不侵扰到桥下铁路线路的正常运营，因此，转体施工方法成为了此类桥梁的首选方法。转体施工的桥梁，其桥墩刚度较大。由于跨越铁路线路，多采用混凝土的上部结构，为避免钢结构后续的养护对线路运营的影响，因而上部结构较重。较重的上部结构和刚度较大的桥墩往往带来了抗震性能上的隐患。本文以转体施工的双塔混凝土主梁斜拉桥为例，对其进行反应谱、线性时程及非线性时程分析，以期为今后的转体施工跨铁路线路桥梁提供设计参考依据。
关键词：斜拉桥；转体施工；抗震分析；反应谱；时程
引言
近年来我国桥梁建设突飞猛进，如今工程中越来越多采用大跨度，新型结构桥梁。桥梁作为一种永久性工程，工程中对其耐久性，可靠性提出了更高要求。近些年我国地震频发，特别在汶川大地震之后，当地的桥梁受到了很大程度破坏，目前我国在桥梁抗震领域还存在一定空白。桥梁在地震荷载作用下很容易产生损伤，影响其正常使用，带来不必要的经济损失。特别对于独塔斜拉桥结构，其结构形式复杂，地震作用下，成桥阶段受力形式多样。作为工程设计人员，要保证规划设计的桥梁在设计年限内正常使用，准确分析桥梁的受力特性，理解其在荷载作用下的受力原理，才能减少地震荷载对主塔的破坏，才可以保证特殊结构桥梁震后的良好工作性能，为今后类似工程的设计提供理论依据，因此对独塔斜拉桥重点工程的深入研究尤为重要。
1跨铁转体施工斜拉桥抗震分析
1.1地震动输入
1）纵向地震作用下，桥塔顺桥向振动，主梁则表现为顺桥向和竖向耦合振动。桥塔塔顶处的纵向位移最大，并在塔底截面产生最大纵桥向弯矩、剪力和轴力；主梁沿桥轴向的纵向位移基本一致，并在中跨跨中附近产生最大竖向位移。主梁的最大竖向弯矩和剪力均出现在边跨辅助墩处，其次为中跨中处。与主梁相比，纵向地震作用下桥塔受力更加显著，并应特别重视塔底截面的抗震设计。2）横向地震作用下，桥塔和主梁同时产生横桥向振动。桥塔最大位移发生在桥塔上横梁附近，最大横向弯矩出现在塔梁连接处，最大横向剪力和轴力则出现在塔底。主梁最大横向位移出现在中跨跨中；最大横向弯矩发生在塔梁连接处，中跨跨中横向弯矩次之；最大横向剪力发生在边跨辅助墩附近，塔梁连接处次之。与纵向地震作用相比，桥塔和主梁的横向地震反应更为显著，横向地震作用对结构受力更为不利，同时应特别重视塔梁交接处桥塔塔柱和主梁截面的抗震设计。3）竖向地震作用下，桥塔和主梁的振动形式与纵向地震作用基本相同。桥塔最大纵向位移出现在塔顶处，最大纵向弯矩、剪力和轴力都出现在塔底；主梁最大竖向位移出现在中跨跨中；最大竖向弯矩出现在辅助墩附近，中跨跨中次之；最大剪力也出现在辅助墩附近，最大轴力则出现在跨中。4）纵向和横向地震作用下结构的地震反应均显著大于竖向地震作用，因此应重视水平地震作用下超大跨度部分地锚式斜拉桥的抗震性能。同时，在纵向、横向和竖向地震综合作用下，桥塔的塔底和塔梁交接处、主梁的塔梁交接处和边跨辅助墩处的地震反应均非常大，应特别重视这些截面的抗震设计。
1.2抗震分析方法
根据过渡墩、主塔、主墩在纵横向地震作用下的受力特点，选取控制截面作为重点研究对象进行验算。参照《公路桥梁抗震设计规范》（JTG/T2231—01—2020）《城市桥梁抗震设计规范》（CJJ166—2011），抗震设防目标确定为：当桥梁遭受E1地震作用时，全桥不受损坏或不需修复可继续使用；当桥梁遭受E2地震作用时，主桥可发生局部轻微损伤，不需修复或经简单修复可继续使用；在进行地震作用下抗震验算时，荷载组合为恒载作用与地震作用最不利组合。
钢筋混凝土桥塔、桥墩和桩截面的抗弯能力（强度）采用纤维单元进行弯矩－曲率（考虑相应轴力）分析获得。截面等效抗弯强度实质是一个理论上的概念值，是将实际的截面弯矩－曲率曲线按能量等效的原则将其等效为一个弹塑性曲线。其中My为截面相应于最不利轴力时最外层钢筋首次屈服时对应的初始屈服弯矩；Meq为相应于最不利轴力时截面等效抗弯屈服弯矩；Mu为截面极限弯矩。E1地震作用下，桥塔、桥墩和桩基截面要求其在地震作用下的截面弯矩应＜截面初始屈服弯矩（考虑轴力）My。E2地震作用下，桥塔、桥墩和桩基截面要求其在地震作用下的截面弯矩应＜截面等效抗弯屈服弯矩Meq（考虑轴力）。
1.3减隔震措施及模型
液体粘滞阻尼器对半漂浮体系的斜拉桥减隔震效果良好，通常将这种装置放在塔和梁相接位置以及墩梁连接处。桥塔较高，由此引发的塔底弯矩会比较大，虽然塔底关键截面的验算符合要求，但为了寻求更高的安全储备，同时检验液体粘滞阻尼器在半漂浮体系斜拉桥中是否能起到良好的减震效果，在塔梁连接处添加阻尼器。在有限元模型中，选用Maxwell模型，用一般连接特性中的粘弹性消能器模拟液体粘滞阻尼器。
2跨铁桥梁转体施工要求
转体牵引系统、助推系统、轴线微调系统，株洲中铁中南制造有限公司负责设计生产及转体施工，使用全液压、自动、连续运行牵引系统进行转体施工，具有同步好、牵引力均衡等优点，能使整个转体过程平稳，无冲击颤动。泵站采用可调节流量的柱塞泵，可根据设计要求实现2～10m/h无级调速。箱梁每个节段箱室较多且结构形式复杂，如果进行梁上内模制作安装时对混凝土结构尺寸无法精确控制，将造成两侧平衡，为此我们采取在梁下分箱室整体预制内模、整体吊装、精确就位。同时在混凝土浇注过程中，对箱梁顶、底板抹面标高进行严格控制，并记录混凝土浇注数量。然后整理混凝土浇注记录，计算混凝土不平衡重。梁部施工完成且支架拆除后，进行48h的全天候观测。在梁下利用千斤顶进行等力、不等力反顶称重并观测变化，根据观测数值进行分析，确定不平衡重调整值，称重可委托有专业资质的单位。第三方施工监测或施工监测从施工现场监测、监控获得信息，定期、不定期进行专项安全监督检查，以便发现的重大隐患、问题等。现场施工作业队伍、项目部应急领导小组及上级应急领导小组，在应急抢险过程中，应对事故现场态势和应急救援情况进行评估。有必要启动更高一级应急响应时，应及时向上一级应急指挥中心报告并请求支援。
结语
综上所述，在地震作用下，塔柱中点位置以下的剪力远远大于塔柱两端位置处的剪力，在主塔设计时可采用对塔柱中下方位置箍筋加密的方法提高塔柱的抗剪性能。在塔梁连接处设置纵向阻尼器，各墩、塔关键截面纵桥向的弯矩有明显幅度的下降，说明设置阻尼器有良好的减震效果，可以减小由于桥塔较高引起的不利结果，不仅能在布置位置发挥作用，且能达到改善结构全局的作用；建议在桥塔处设置液体粘滞阻尼器。
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