苏通大桥抗震
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2) 推荐方案的地震反应分析及抗震验算 3) 塔、梁连接装置研究及参数分析
同济大学土木工程国家防灾重点实验室 2002. 上海
苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告
3.1 抗震概念设计
3.1.1 动力计算模式的建立（基本模型）
基本方案： 主跨1088m的双塔七跨全钢斜拉桥 （倒Y型桥塔，梁宽40.6m，高4.0m，边跨压重全桥共7163.2t） 边界条件： 塔、墩底固结， 主塔与梁仅横向主 从，边墩与梁仅横 向、竖向主从。
同济大学土木工程国家防灾重点实验室
2002. 上海
苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告
3. 主航道桥抗震性能研究
主航道桥推荐方案：
主跨1088m的双塔七跨钢斜拉桥，倒Y型塔，桥宽40.6m，梁高4.0m
斜拉桥的抗震薄弱部位：
桥塔、边墩及其基础，以及支撑连接装置
主航道桥的抗震性能研究分三部分：
1) 抗震概念设计
桥梁抗震设防的合理安全度原则 ：
桥梁抗震设防需要在经济与安全之间进行合理平衡.
根据目前抗震设计方法的发展水平，建议采用 两水平的抗震设计方法对苏通大桥进行抗震研究。
同济大学土木工程国家防灾重点实验室
2002. 上海
苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告
表 2.2
工程名称 杨浦大桥 南浦大桥 徐浦大桥 广东虎门大桥 江阴长江公路大桥 南京长江二桥 广东海湾二桥 南澳大桥 润扬长江公路大桥
同济大学土木工程国家防灾重点实验室
2002. 上海
苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告
3.2.4 地震输入
江苏省地震工程研究院提供（考虑20年一遇的河床冲刷影响）：
3个概率水准（100年2%、50年2%及100年10%）：
地震反应谱（水平向及竖向，阻尼比5％）； 地震加速度时程（每个概率水平3组，水平向及竖向）
(主跨1088m的双塔斜拉桥)
3) 专用航道桥抗震性能研究
(主跨268m的预应力混凝土连续刚构方案和钢连续梁方案)
4) 引桥抗震性能研究
(跨度30m、50m和75m的室
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苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告
2. 苏通大桥抗震设防标准的研究
动力特性：
除了塔自身的横向振动外差别很小 （横向振动：与倒Y型塔相比，钻石型塔和A型塔要低30%左右）
同济大学土木工程国家防灾重点实验室
2002. 上海
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地震反应：
主塔的纵向地震反应差别较小，但横向地震反应差别较大； 各边墩的纵、横向内力反应差别不大。
表 3.10
主航道 桥
P1：100 年 10％ 主结构完好无损， （重现期：950 年） 边墩接近或刚进入屈服 P2: 100 年 2％ 主塔可出现微小裂缝， （重现期：4950 年） 边墩可利用延性抗震
引桥、 专用 航道桥
P1：50 年 10％ 桥墩接近或刚进入屈 桥墩校核承载能力极限状态 （重现期：475 年） 服，其它受力构件完好 桥墩根据强度折减系数和延性 P2: 50 年 2％ 桥墩利用延性抗震， 校核承载能力极限状态，其它 （重现期：2475 年） 支座正常工作 完好构件校核强度
苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告
苏通长江公路大桥结构抗震性能研究
专题委托单位：江苏省交通厅 专题承担单位：同济大学土木工程防灾国家重点实验室
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苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告
1. 概述
苏通长江公路大桥结构抗震性能研究分为四部分： 1) 苏通大桥抗震设防标准研究 2) 主航道桥抗震性能研究
塔型
主塔控制断面内力最大值（横向+竖向输入）
断面位置 塔底 轴力 P (kN) 2.612E5 2.047E5 1.939E5 1.018E4 2.322E5 1.822E5 1.710E5 1.622E4 1.974E5 1.431E5 1.298E5 1.933E4 剪力 Q2 (kN) 3.996E4 3.777E4 9.114E3 7.507E4 6.711E4 3.095E4 7.321E3 7.114E4 4.179E4 3.888E4 1.019E4 6.829E4 弯矩 M3 (kN.m) 1.462E6 1.235E6 5.118E5 1.720E6 2.956E6 7.410E5 3.438E5 1.628E6 1.488E6 1.118E6 7.784E5 1.560E6
1.5 1 0.5 0 0
1.25 2
4
6
8 Ü Æ Ö Ú (s)
10
12
14
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3.1.4 三种桥塔方案斜拉桥的抗震性能分析
三种桥塔方案斜拉桥的计算模型的不同之处：
主塔形式(倒Y型、钻石型、A型) 主塔截面尺寸稍有不同
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表 3.20
边跨压重方案
边墩控制断面内力最大值（横向 +竖向输入）
截面位置 1# 辅助墩底
#
轴力 P (kN) 6.415E3 4.869E3 2.113E3 5.336E3 3.530E3 1.973E3
剪力 Q2 (kN) 1.024E4 8.543E3 7.723E3 1.080E4 8.001E3 6.844E3
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3.1.8 结论和建议
1) 三种塔型方案对纵向地震反应影响很小，但对横向反应 影响很大。其中，倒Y型和A型塔方案对抗震较为有利。 2) 可以适当增加桥塔下横梁截面高度（如1m），截面高度 变化对地震反应的影响很小。 3) 边跨采用预应力束方案对斜拉桥边墩的抗震较为有利， 建议过渡墩处也设置预应力束以防止梁端翘起。 4) 辅助墩和过渡墩设计合理，在恒载和地震作用下不会出 现拉力，可以对墩柱进行延性设计。 5）混合式斜拉桥方案与全钢方案相比，主塔的地震反应差 别不大，但辅助墩和过渡墩的地震反应要大很多。
3.1.3 地震动输入
抗震概念设计阶段，地震反应分析采用反应谱法（ 300阶，CQC法）
地震输入方式：1) 纵向＋竖向；2）横向＋竖向。
100年2%超越概率、阻尼比5%的标定后的反应谱； 地表加速度峰值为：水平向0.197g，竖向0.135g。
3 2.5 2 Ë Æ ® ½ Ï ò ú Ï Ê ò
ý µ Ê ó Ï ²´ Å
基本方案的动力特性
振型阶数 7 8 9 10 16 27 频率(Hz) 0.3819 0.4258 0.4281 0.4291 0.5406 0.7804 振型特征 反对称竖弯 竖弯 塔同向侧弯 塔反向侧弯 一阶对称扭转 一阶反对称扭转
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* 苏通大桥工程的重要地位 * 人们对特大工程抗震安全性越来越高的要求
表 2.5 苏通大桥抗震设防标准 桥梁 设防地震概率水平 结构性能要求 结构校核目标 主塔校核应力， 边墩校核承载能力极限状态 主塔校核承载能力极限状态， 边墩根据强度折减系数和延性 校核承载能力极限状态
适当增加下横梁的截面高度，对改善主塔的抗震性能是有利的
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3.1.6 边跨主梁压重或设置预应力束对桥梁抗震性能的影响
主跨的动力特性： 边跨压重方案和预应力束方案差别较小。 地震反应： 主塔反应：两种方案的差别很小； 边墩反应：对弯矩，两种方案的幼劣不明显； 对轴力，预应力束方案较有利
国内大跨度桥梁的抗震设防标准
抗震设计方法 两水平 设防标准 P1：50年10％，检算强度 P2：100年10％，检算位移或变形 P1：50年10％，检算强度 两水平 P2：50年3％，检算位移或变形 P1：50年10％，检算强度 两水平 P2：50年2％，检算位移或变形
抗震分析表明： 国内大跨度斜拉桥在 P2 概率水平的地震作用下，桥塔 一般都没有进入非线性工作状态。
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3.1.7 钢－混凝土混合式斜拉桥和全钢斜拉桥方案 抗震性能比较 混合式斜拉桥方案：
桥跨布置：110.+300.+1088.+300.+110.m，桥面宽度39.8m。
地震反应 主塔：两种斜拉桥方案差别较小 边墩：混合式斜拉桥方案比全钢方案大很多
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3.2 初设推荐方案的抗震性能研究
初设推荐方案与基本方案的差别：
边跨压重采用恒载压重（全桥共3868.8t）、活载张拉预应力的方案。 推荐方案的动力计算模型与基本模型的差别： 边跨压重不同，且考虑了远塔辅助墩及过渡墩桩基础的柔性； 近似考虑了相邻联引桥对过渡墩的影响； 时程分析时，考虑边墩上各滑动支座的滞回耗能作用。 初设推荐方案与基本方案的动力特性： 差别很小
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表 3.31
地震概率水平 100 年 10％ 100 年 2％ 50 年 2% 位置 北主墩 南主墩 北主墩 南主墩 北主墩 南主墩
下横梁上侧 倒Y型 交叉点下侧 下横梁端部 塔底 下横梁上侧 钻石型 交叉点下侧 下横梁端部 塔底 下横梁上侧 A型 上横梁下侧 下横梁端部
总体来说，倒Y型塔和A型塔的抗震性能较好，钻石型塔较差
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3.1.5 桥塔下横梁截面高度变化对地震反应的影响分析
弯矩 M3 (kN.m) 5.339E5 4.261E5 3.639E5 5.585E5 3.928E5 3.157E5
边跨压重
2 辅助墩底 过渡墩底 1# 辅助墩底 # 2 辅助墩底 过渡墩底
边跨预应力索
预应力束只要构造设计合理，是一种较好的构造措施，建议在过 渡墩处也设置预应力束。 辅助墩和过渡墩设计合理，产生的动轴力较小，因此在恒载和地 震作用下不会出现拉力，可以对墩柱进行延性设计。
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3.1.2 基本方案的动力特性
表 3.5
振型阶数 频率(Hz) 1 2 3 4 5 6 0.0680 0.1044 0.1801 0.2227 0.2779 0.3150 振型特征 纵飘 一阶对称侧弯 一阶对称竖弯 一阶反对称竖弯 一阶反对称侧弯 对称竖弯
下横梁高度增大，塔柱的纵向内力反应增大很小，不超过1%
表 3.14 下横梁高度对主塔内力的影响（横向+竖向输入）
下横梁高度 (m) 断面 位置 塔底 8.0 下横梁上侧塔柱 交叉点下侧塔柱 下横梁端部 塔底 9.0 下横梁上侧塔柱 交叉点下侧塔柱 下横梁端部 轴力 P (kN) 2.612E5 2.047E5 1.939E5 1.018E4 2.736E5 2.162E5 2.057E5 1.084E4 剪力 Q2 (kN) 3.996E4 3.777E4 9.114E3 7.507E4 4.076E4 3.891E4 9.121E3 7.945E4 弯矩 M3(kN.m) 1.462E6 1.235E6 5.118E5 1.720E6 1.433E6 1.265E6 5.050E5 1.821E6 变化 比例 0 0 0 0 -2.0% 2.4% -1.3% 5.9%
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表 3.28 边墩控制断面内力最大值（横向 +竖向输入）
主梁形式 截面位置 1# 辅助墩底 全钢 2# 辅助墩底 过渡墩底 辅助墩底 混合梁 过渡墩底 轴力 P (kN) 6.415E3 4.869E3 2.113E3 7.832E3 4.138E3 剪力 Q2 (kN) 1.024E4 8.543E3 7.723E3 9.252E3 9.890E3 弯矩(M3 kN.m) 5.339E5 4.261E5 3.639E5 4.875E5 5.144E5
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3.1 抗震概念设计
3.1.1 动力计算模式的建立（基本模型）
基本方案： 主跨1088m的双塔七跨全钢斜拉桥 （倒Y型桥塔，梁宽40.6m，高4.0m，边跨压重全桥共7163.2t） 边界条件： 塔、墩底固结， 主塔与梁仅横向主 从，边墩与梁仅横 向、竖向主从。
同济大学土木工程国家防灾重点实验室
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3. 主航道桥抗震性能研究
主航道桥推荐方案：
主跨1088m的双塔七跨钢斜拉桥，倒Y型塔，桥宽40.6m，梁高4.0m
斜拉桥的抗震薄弱部位：
桥塔、边墩及其基础，以及支撑连接装置
主航道桥的抗震性能研究分三部分：
1) 抗震概念设计
桥梁抗震设防的合理安全度原则 ：
桥梁抗震设防需要在经济与安全之间进行合理平衡.
根据目前抗震设计方法的发展水平，建议采用 两水平的抗震设计方法对苏通大桥进行抗震研究。
同济大学土木工程国家防灾重点实验室
2002. 上海
苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告
表 2.2
工程名称 杨浦大桥 南浦大桥 徐浦大桥 广东虎门大桥 江阴长江公路大桥 南京长江二桥 广东海湾二桥 南澳大桥 润扬长江公路大桥
同济大学土木工程国家防灾重点实验室
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苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告
3.2.4 地震输入
江苏省地震工程研究院提供（考虑20年一遇的河床冲刷影响）：
3个概率水准（100年2%、50年2%及100年10%）：
地震反应谱（水平向及竖向，阻尼比5％）； 地震加速度时程（每个概率水平3组，水平向及竖向）
(主跨1088m的双塔斜拉桥)
3) 专用航道桥抗震性能研究
(主跨268m的预应力混凝土连续刚构方案和钢连续梁方案)
4) 引桥抗震性能研究
(跨度30m、50m和75m的室
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苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告
2. 苏通大桥抗震设防标准的研究
动力特性：
除了塔自身的横向振动外差别很小 （横向振动：与倒Y型塔相比，钻石型塔和A型塔要低30%左右）
同济大学土木工程国家防灾重点实验室
2002. 上海
苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告
地震反应：
主塔的纵向地震反应差别较小，但横向地震反应差别较大； 各边墩的纵、横向内力反应差别不大。
表 3.10
主航道 桥
P1：100 年 10％ 主结构完好无损， （重现期：950 年） 边墩接近或刚进入屈服 P2: 100 年 2％ 主塔可出现微小裂缝， （重现期：4950 年） 边墩可利用延性抗震
引桥、 专用 航道桥
P1：50 年 10％ 桥墩接近或刚进入屈 桥墩校核承载能力极限状态 （重现期：475 年） 服，其它受力构件完好 桥墩根据强度折减系数和延性 P2: 50 年 2％ 桥墩利用延性抗震， 校核承载能力极限状态，其它 （重现期：2475 年） 支座正常工作 完好构件校核强度
苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告
苏通长江公路大桥结构抗震性能研究
专题委托单位：江苏省交通厅 专题承担单位：同济大学土木工程防灾国家重点实验室
同济大学土木工程国家防灾重点实验室
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苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告
1. 概述
苏通长江公路大桥结构抗震性能研究分为四部分： 1) 苏通大桥抗震设防标准研究 2) 主航道桥抗震性能研究
塔型
主塔控制断面内力最大值（横向+竖向输入）
断面位置 塔底 轴力 P (kN) 2.612E5 2.047E5 1.939E5 1.018E4 2.322E5 1.822E5 1.710E5 1.622E4 1.974E5 1.431E5 1.298E5 1.933E4 剪力 Q2 (kN) 3.996E4 3.777E4 9.114E3 7.507E4 6.711E4 3.095E4 7.321E3 7.114E4 4.179E4 3.888E4 1.019E4 6.829E4 弯矩 M3 (kN.m) 1.462E6 1.235E6 5.118E5 1.720E6 2.956E6 7.410E5 3.438E5 1.628E6 1.488E6 1.118E6 7.784E5 1.560E6
1.5 1 0.5 0 0
1.25 2
4
6
8 Ü Æ Ö Ú (s)
10
12
14
同济大学土木工程国家防灾重点实验室
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苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告
3.1.4 三种桥塔方案斜拉桥的抗震性能分析
三种桥塔方案斜拉桥的计算模型的不同之处：
主塔形式(倒Y型、钻石型、A型) 主塔截面尺寸稍有不同
同济大学土木工程国家防灾重点实验室
2002. 上海
苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告
表 3.20
边跨压重方案
边墩控制断面内力最大值（横向 +竖向输入）
截面位置 1# 辅助墩底
#
轴力 P (kN) 6.415E3 4.869E3 2.113E3 5.336E3 3.530E3 1.973E3
剪力 Q2 (kN) 1.024E4 8.543E3 7.723E3 1.080E4 8.001E3 6.844E3
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3.1.8 结论和建议
1) 三种塔型方案对纵向地震反应影响很小，但对横向反应 影响很大。其中，倒Y型和A型塔方案对抗震较为有利。 2) 可以适当增加桥塔下横梁截面高度（如1m），截面高度 变化对地震反应的影响很小。 3) 边跨采用预应力束方案对斜拉桥边墩的抗震较为有利， 建议过渡墩处也设置预应力束以防止梁端翘起。 4) 辅助墩和过渡墩设计合理，在恒载和地震作用下不会出 现拉力，可以对墩柱进行延性设计。 5）混合式斜拉桥方案与全钢方案相比，主塔的地震反应差 别不大，但辅助墩和过渡墩的地震反应要大很多。
3.1.3 地震动输入
抗震概念设计阶段，地震反应分析采用反应谱法（ 300阶，CQC法）
地震输入方式：1) 纵向＋竖向；2）横向＋竖向。
100年2%超越概率、阻尼比5%的标定后的反应谱； 地表加速度峰值为：水平向0.197g，竖向0.135g。
3 2.5 2 Ë Æ ® ½ Ï ò ú Ï Ê ò
ý µ Ê ó Ï ²´ Å
基本方案的动力特性
振型阶数 7 8 9 10 16 27 频率(Hz) 0.3819 0.4258 0.4281 0.4291 0.5406 0.7804 振型特征 反对称竖弯 竖弯 塔同向侧弯 塔反向侧弯 一阶对称扭转 一阶反对称扭转
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苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告
同济大学土木工程国家防灾重点实验室
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苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告
* 苏通大桥工程的重要地位 * 人们对特大工程抗震安全性越来越高的要求
表 2.5 苏通大桥抗震设防标准 桥梁 设防地震概率水平 结构性能要求 结构校核目标 主塔校核应力， 边墩校核承载能力极限状态 主塔校核承载能力极限状态， 边墩根据强度折减系数和延性 校核承载能力极限状态
适当增加下横梁的截面高度，对改善主塔的抗震性能是有利的
同济大学土木工程国家防灾重点实验室 2002. 上海
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3.1.6 边跨主梁压重或设置预应力束对桥梁抗震性能的影响
主跨的动力特性： 边跨压重方案和预应力束方案差别较小。 地震反应： 主塔反应：两种方案的差别很小； 边墩反应：对弯矩，两种方案的幼劣不明显； 对轴力，预应力束方案较有利
国内大跨度桥梁的抗震设防标准
抗震设计方法 两水平 设防标准 P1：50年10％，检算强度 P2：100年10％，检算位移或变形 P1：50年10％，检算强度 两水平 P2：50年3％，检算位移或变形 P1：50年10％，检算强度 两水平 P2：50年2％，检算位移或变形
抗震分析表明： 国内大跨度斜拉桥在 P2 概率水平的地震作用下，桥塔 一般都没有进入非线性工作状态。
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3.1.7 钢－混凝土混合式斜拉桥和全钢斜拉桥方案 抗震性能比较 混合式斜拉桥方案：
桥跨布置：110.+300.+1088.+300.+110.m，桥面宽度39.8m。
地震反应 主塔：两种斜拉桥方案差别较小 边墩：混合式斜拉桥方案比全钢方案大很多
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3.2 初设推荐方案的抗震性能研究
初设推荐方案与基本方案的差别：
边跨压重采用恒载压重（全桥共3868.8t）、活载张拉预应力的方案。 推荐方案的动力计算模型与基本模型的差别： 边跨压重不同，且考虑了远塔辅助墩及过渡墩桩基础的柔性； 近似考虑了相邻联引桥对过渡墩的影响； 时程分析时，考虑边墩上各滑动支座的滞回耗能作用。 初设推荐方案与基本方案的动力特性： 差别很小
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表 3.31
地震概率水平 100 年 10％ 100 年 2％ 50 年 2% 位置 北主墩 南主墩 北主墩 南主墩 北主墩 南主墩
下横梁上侧 倒Y型 交叉点下侧 下横梁端部 塔底 下横梁上侧 钻石型 交叉点下侧 下横梁端部 塔底 下横梁上侧 A型 上横梁下侧 下横梁端部
总体来说，倒Y型塔和A型塔的抗震性能较好，钻石型塔较差
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3.1.5 桥塔下横梁截面高度变化对地震反应的影响分析
弯矩 M3 (kN.m) 5.339E5 4.261E5 3.639E5 5.585E5 3.928E5 3.157E5
边跨压重
2 辅助墩底 过渡墩底 1# 辅助墩底 # 2 辅助墩底 过渡墩底
边跨预应力索
预应力束只要构造设计合理，是一种较好的构造措施，建议在过 渡墩处也设置预应力束。 辅助墩和过渡墩设计合理，产生的动轴力较小，因此在恒载和地 震作用下不会出现拉力，可以对墩柱进行延性设计。
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3.1.2 基本方案的动力特性
表 3.5
振型阶数 频率(Hz) 1 2 3 4 5 6 0.0680 0.1044 0.1801 0.2227 0.2779 0.3150 振型特征 纵飘 一阶对称侧弯 一阶对称竖弯 一阶反对称竖弯 一阶反对称侧弯 对称竖弯
下横梁高度增大，塔柱的纵向内力反应增大很小，不超过1%
表 3.14 下横梁高度对主塔内力的影响（横向+竖向输入）
下横梁高度 (m) 断面 位置 塔底 8.0 下横梁上侧塔柱 交叉点下侧塔柱 下横梁端部 塔底 9.0 下横梁上侧塔柱 交叉点下侧塔柱 下横梁端部 轴力 P (kN) 2.612E5 2.047E5 1.939E5 1.018E4 2.736E5 2.162E5 2.057E5 1.084E4 剪力 Q2 (kN) 3.996E4 3.777E4 9.114E3 7.507E4 4.076E4 3.891E4 9.121E3 7.945E4 弯矩 M3(kN.m) 1.462E6 1.235E6 5.118E5 1.720E6 1.433E6 1.265E6 5.050E5 1.821E6 变化 比例 0 0 0 0 -2.0% 2.4% -1.3% 5.9%
同济大学土木工程国家防灾重点实验室
2002. 上海
苏通长江公路大桥结构抗震性能研究报告
表 3.28 边墩控制断面内力最大值（横向 +竖向输入）
主梁形式 截面位置 1# 辅助墩底 全钢 2# 辅助墩底 过渡墩底 辅助墩底 混合梁 过渡墩底 轴力 P (kN) 6.415E3 4.869E3 2.113E3 7.832E3 4.138E3 剪力 Q2 (kN) 1.024E4 8.543E3 7.723E3 9.252E3 9.890E3 弯矩(M3 kN.m) 5.339E5 4.261E5 3.639E5 4.875E5 5.144E5