探討橋梁的抗震設(shè)計(jì)
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?yàn)殡p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(jié)構(gòu)主橋采用變截面預(yù)應(yīng)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?yàn)榈雀叨阮A(yù)應(yīng)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(jié)構(gòu)采用雙向預(yù)應(yīng)力體系，即縱向與豎向預(yù)應(yīng)力，縱向預(yù)應(yīng)力采用Ф15.24鋼絞線，豎向預(yù)應(yīng)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(jié)構(gòu)為雙柱式橋墩，墩柱為矩形截面，墩高最大為8.2m。
二、建模計(jì)算
全橋抗震計(jì)算采用MIDAS/civil有限結(jié)構(gòu)主梁、下部橋墩、樁基礎(chǔ)等采用支座空間梁?jiǎn)卧M，考慮橋臺(tái)尺寸及剛度相對(duì)較大，故采用支座約束模擬。模型中樁基礎(chǔ)考慮樁土間相互作用，采用“M法“計(jì)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(fù)力模型參照抗震細(xì)則選取。模型中對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度、質(zhì)量、阻尼進(jìn)行了合理的模擬。有限元模型如圖1。
圖1 計(jì)算模型
三、反應(yīng)譜計(jì)算
本橋位于6度地震區(qū)，按照7度地震設(shè)防計(jì)算，E1作用時(shí)，特征周期0.40s，調(diào)整值為0.55s，全橋阻尼取0.05.抗震計(jì)算按照08細(xì)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(yīng)譜法進(jìn)行分析計(jì)算，地震力按照水平向考慮縱向及橫橋向兩個(gè)地震作用工況。
四、抗震驗(yàn)算
按照08公路橋梁抗震細(xì)則規(guī)定，B類橋梁必須進(jìn)行E1地震作用和E2地震作用下的抗震設(shè)計(jì)驗(yàn)算。
1.E1地震作用下驗(yàn)算
E1地震作用下，結(jié)構(gòu)在彈性工作范圍內(nèi)，基本不損傷，因此應(yīng)對(duì)橋墩結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。具體為順橋向及橫橋向E1地震作用效應(yīng)組合后，按照《公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》中偏心受壓構(gòu)件對(duì)橋墩強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。利用軟件的抗震驗(yàn)算功能進(jìn)行驗(yàn)算，經(jīng)驗(yàn)算，E1作用下各橋墩強(qiáng)度均能滿足要求。
2.E2地震作用下驗(yàn)算
（1）在E2作用下應(yīng)對(duì)橋墩截面長(zhǎng)寬比小于2.5的矮墩進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，驗(yàn)算方法同橋墩在E1作用下的強(qiáng)度驗(yàn)算。
（2）E2作用下橋墩變形驗(yàn)算，根據(jù)08抗震細(xì)則，對(duì)于規(guī)則橋梁應(yīng)驗(yàn)算E2作用墩頂位移，驗(yàn)算公式為△d≤△u，△d為地震墩頂位移，有E2作用反應(yīng)譜計(jì)算得到，△u橋墩容許位移，通過(guò)靜力彈塑性分析計(jì)算得到驗(yàn)算結(jié)構(gòu)如表1.
表1 E2作用墩頂位移驗(yàn)算
E2作用下橋墩可能進(jìn)入塑性變形階段，墩柱位移需采用有效剛度計(jì)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(qiáng)度驗(yàn)算：根據(jù)08抗震細(xì)則，橋墩在E2作用應(yīng)作為能力保護(hù)構(gòu)件設(shè)計(jì)，應(yīng)驗(yàn)算其塑性鉸區(qū)抗剪強(qiáng)度。驗(yàn)算公式為：其中：VCO為剪力設(shè)計(jì)值（KN）。MXC為墩柱下端截面按實(shí)配筋，采用材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和最不利軸力計(jì)算的順橋向或橫橋向正截面抗彎承載力所對(duì)應(yīng)的彎矩值（KN.m）：Hn為一般取墩柱凈長(zhǎng)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(qiáng)度設(shè)計(jì)值（MPa），fyh=280 MPa;b為沿計(jì)算方向墩柱寬度（cm）;Ф為抗剪強(qiáng)度折減系數(shù)，Ф=0.85。
將各橋墩數(shù)據(jù)代入計(jì)算公式可以得出驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 E2作用墩柱塑性鉸抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算
結(jié) 論
通過(guò)以上對(duì)連續(xù)梁橋的抗震分析計(jì)算，可以明確以下幾點(diǎn)：（1）分析模型中應(yīng)合理模擬樁土間相互作用，一般可以采用“M”法來(lái)模擬，在軟件中可以通過(guò)彈性連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。（2）應(yīng)考慮橋面系二期恒載的影響，并轉(zhuǎn)化為質(zhì)量。（3）支座采用一般連接模擬，支座各方向剛度及滯回性質(zhì)，應(yīng)按照抗震細(xì)則及支座實(shí)際的屬性來(lái)準(zhǔn)確輸入。（4）振型分析數(shù)量應(yīng)保證在各計(jì)算方向上獲得不小于90%
以上的有效質(zhì)量。（5）在E1地震作用下主要對(duì)橋墩基礎(chǔ)、支座等強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。E2作用下，應(yīng)對(duì)矮墩的強(qiáng)度，橋墩的塑性變形能力、塑性鉸抗剪強(qiáng)度以及支座位移等進(jìn)行驗(yàn)算。（6）對(duì)規(guī)則橋梁可通過(guò)墩頂位移來(lái)控制塑性變形能力，其中E2作用墩頂位移需用有效剛度計(jì)算得出：容許位移計(jì)算中對(duì)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(jì)算。（7）E2作用下應(yīng)按照抗震細(xì)則驗(yàn)算塑性區(qū)抗剪強(qiáng)度。
參考文獻(xiàn)
[1]范立楚，橋梁杭震[M].同濟(jì)大學(xué)出版社，1997.
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