探討橋梁的抗震設計
2016-09-18
一、工程概況
工程為江蘇南通中心河路大橋，該橋橫向為雙幅布置，其中單幅橋跨徑布置為（4×30）+（42.5+70+45）+（3×30）m，上部結構主橋采用變截面預應力混凝土連續(xù)箱梁，墩頂梁高4.2m，跨中梁高為2.0m，梁高變化按照拋物線方式，引橋為等高度預應力混凝土連續(xù)梁橋，梁高為2.0m.單幅面寬15.0m，箱梁底寬9.5m，為單箱直腹板截面。橋梁上部結構采用雙向預應力體系，即縱向與豎向預應力，縱向預應力采用Ф15.24鋼絞線，豎向預應力采用JL32螺紋鋼筋。支座采用抗震系列盆式橡膠支座，下部結構為雙柱式橋墩，墩柱為矩形截面，墩高最大為8.2m。
二、建模計算
全橋抗震計算采用MIDAS/civil有限結構主梁、下部橋墩、樁基礎等采用支座空間梁單元模擬，考慮橋臺尺寸及剛度相對較大，故采用支座約束模擬。模型中樁基礎考慮樁土間相互作用，采用“M法“計算土彈簧剛度，并模擬土的抗力系數(shù)。盆式支座采用連接單元模擬，支座剛度及恢復力模型參照抗震細則選取。模型中對結構的剛度、質量、阻尼進行了合理的模擬。有限元模型如圖1。
圖1 計算模型
三、反應譜計算
本橋位于6度地震區(qū)，按照7度地震設防計算，E1作用時，特征周期0.40s，調整值為0.55s，全橋阻尼取0.05.抗震計算按照08細則做E1及E2作用分析，本橋梁工程為規(guī)則橋梁，具體地震作用以反應譜法進行分析計算，地震力按照水平向考慮縱向及橫橋向兩個地震作用工況。
四、抗震驗算
按照08公路橋梁抗震細則規(guī)定，B類橋梁必須進行E1地震作用和E2地震作用下的抗震設計驗算。
1.E1地震作用下驗算
E1地震作用下，結構在彈性工作范圍內，基本不損傷，因此應對橋墩結構的強度進行驗算。具體為順橋向及橫橋向E1地震作用效應組合后，按照《公路橋梁設計規(guī)范》中偏心受壓構件對橋墩強度進行驗算。利用軟件的抗震驗算功能進行驗算，經驗算，E1作用下各橋墩強度均能滿足要求。
2.E2地震作用下驗算
（1）在E2作用下應對橋墩截面長寬比小于2.5的矮墩進行強度驗算，驗算方法同橋墩在E1作用下的強度驗算。
（2）E2作用下橋墩變形驗算，根據(jù)08抗震細則，對于規(guī)則橋梁應驗算E2作用墩頂位移，驗算公式為△d≤△u，△d為地震墩頂位移，有E2作用反應譜計算得到，△u橋墩容許位移，通過靜力彈塑性分析計算得到驗算結構如表1.
表1 E2作用墩頂位移驗算
E2作用下橋墩可能進入塑性變形階段，墩柱位移需采用有效剛度計算，截面有效抗彎剛度為：，EC為橋墩彈性模量（KN/m2）， 為橋墩有效截面抗彎慣性矩（m4），My為屈服彎矩（KN.m），Фy為等效屈服曲率（1/m）。
（3）墩柱塑性鉸區(qū)抗剪強度驗算：根據(jù)08抗震細則，橋墩在E2作用應作為能力保護構件設計，應驗算其塑性鉸區(qū)抗剪強度。驗算公式為：其中：VCO為剪力設計值（KN）。MXC為墩柱下端截面按實配筋，采用材料強度標準值和最不利軸力計算的順橋向或橫橋向正截面抗彎承載力所對應的彎矩值（KN.m）：Hn為一般取墩柱凈長度（m）;Ф0為橋墩正截面抗彎超系數(shù)，Ф0=1.2;=26.8MPa;Vs為箍筋提供的抗剪能力（KN）。Ae為核心混凝土面積（cm2）;SK為箍筋間距（cm）;fyh為箍筋抗拉強度設計值（MPa），fyh=280 MPa;b為沿計算方向墩柱寬度（cm）;Ф為抗剪強度折減系數(shù)，Ф=0.85。
將各橋墩數(shù)據(jù)代入計算公式可以得出驗算結果見表2。
表2 E2作用墩柱塑性鉸抗剪強度驗算
結 論
通過以上對連續(xù)梁橋的抗震分析計算，可以明確以下幾點：（1）分析模型中應合理模擬樁土間相互作用，一般可以采用“M”法來模擬，在軟件中可以通過彈性連接來實現(xiàn)。（2）應考慮橋面系二期恒載的影響，并轉化為質量。（3）支座采用一般連接模擬，支座各方向剛度及滯回性質，應按照抗震細則及支座實際的屬性來準確輸入。（4）振型分析數(shù)量應保證在各計算方向上獲得不小于90%
以上的有效質量。（5）在E1地震作用下主要對橋墩基礎、支座等強度進行驗算。E2作用下，應對矮墩的強度，橋墩的塑性變形能力、塑性鉸抗剪強度以及支座位移等進行驗算。（6）對規(guī)則橋梁可通過墩頂位移來控制塑性變形能力，其中E2作用墩頂位移需用有效剛度計算得出：容許位移計算中對雙柱墩其順橋向及橫橋向位移均可采用靜力彈塑性分析方法計算。（7）E2作用下應按照抗震細則驗算塑性區(qū)抗剪強度。
參考文獻
[1]范立楚，橋梁杭震[M].同濟大學出版社，1997.
[2]公路橋梁抗震設計細則（JTG/T？B02-01-2008）[M].人民交通出版社，2008.
