探讨桥梁的抗震设计
2016-09-18
一、工程概况
工程为江苏南通中心河路大桥，该桥横向为双幅布置，其中单幅桥跨径布置为（4×30）+（42.5+70+45）+（3×30）m，上部结构主桥采用变截面预应力混凝土连续箱梁，墩顶梁高4.2m，跨中梁高为2.0m，梁高变化按照抛物线方式，引桥为等高度预应力混凝土连续梁桥，梁高为2.0m.单幅面宽15.0m，箱梁底宽9.5m，为单箱直腹板截面。桥梁上部结构采用双向预应力体系，即纵向与竖向预应力，纵向预应力采用Ф15.24钢绞线，竖向预应力采用JL32螺纹钢筋。支座采用抗震系列盆式橡胶支座，下部结构为双柱式桥墩，墩柱为矩形截面，墩高最大为8.2m。
二、建模计算
全桥抗震计算采用MIDAS/civil有限结构主梁、下部桥墩、桩基础等采用支座空间梁单元模拟，考虑桥台尺寸及刚度相对较大，故采用支座约束模拟。模型中桩基础考虑桩土间相互作用，采用“M法“计算土弹簧刚度，并模拟土的抗力系数。盆式支座采用连接单元模拟，支座刚度及恢复力模型参照抗震细则选取。模型中对结构的刚度、质量、阻尼进行了合理的模拟。有限元模型如图1。
图1 计算模型
三、反应谱计算
本桥位于6度地震区，按照7度地震设防计算，E1作用时，特征周期0.40s，调整值为0.55s，全桥阻尼取0.05.抗震计算按照08细则做E1及E2作用分析，本桥梁工程为规则桥梁，具体地震作用以反应谱法进行分析计算，地震力按照水平向考虑纵向及横桥向两个地震作用工况。
四、抗震验算
按照08公路桥梁抗震细则规定，B类桥梁必须进行E1地震作用和E2地震作用下的抗震设计验算。
1.E1地震作用下验算
E1地震作用下，结构在弹性工作范围内，基本不损伤，因此应对桥墩结构的强度进行验算。具体为顺桥向及横桥向E1地震作用效应组合后，按照《公路桥梁设计规范》中偏心受压构件对桥墩强度进行验算。利用软件的抗震验算功能进行验算，经验算，E1作用下各桥墩强度均能满足要求。
2.E2地震作用下验算
（1）在E2作用下应对桥墩截面长宽比小于2.5的矮墩进行强度验算，验算方法同桥墩在E1作用下的强度验算。
（2）E2作用下桥墩变形验算，根据08抗震细则，对于规则桥梁应验算E2作用墩顶位移，验算公式为△d≤△u，△d为地震墩顶位移，有E2作用反应谱计算得到，△u桥墩容许位移，通过静力弹塑性分析计算得到验算结构如表1.
表1 E2作用墩顶位移验算
E2作用下桥墩可能进入塑性变形阶段，墩柱位移需采用有效刚度计算，截面有效抗弯刚度为：，EC为桥墩弹性模量（KN/m2）， 为桥墩有效截面抗弯惯性矩（m4），My为屈服弯矩（KN.m），Фy为等效屈服曲率（1/m）。
（3）墩柱塑性铰区抗剪强度验算：根据08抗震细则，桥墩在E2作用应作为能力保护构件设计，应验算其塑性铰区抗剪强度。验算公式为：其中：VCO为剪力设计值（KN）。MXC为墩柱下端截面按实配筋，采用材料强度标准值和最不利轴力计算的顺桥向或横桥向正截面抗弯承载力所对应的弯矩值（KN.m）：Hn为一般取墩柱净长度（m）;Ф0为桥墩正截面抗弯超系数，Ф0=1.2;=26.8MPa;Vs为箍筋提供的抗剪能力（KN）。Ae为核心混凝土面积（cm2）;SK为箍筋间距（cm）;fyh为箍筋抗拉强度设计值（MPa），fyh=280 MPa;b为沿计算方向墩柱宽度（cm）;Ф为抗剪强度折减系数，Ф=0.85。
将各桥墩数据代入计算公式可以得出验算结果见表2。
表2 E2作用墩柱塑性铰抗剪强度验算
结 论
通过以上对连续梁桥的抗震分析计算，可以明确以下几点：（1）分析模型中应合理模拟桩土间相互作用，一般可以采用“M”法来模拟，在软件中可以通过弹性连接来实现。（2）应考虑桥面系二期恒载的影响，并转化为质量。（3）支座采用一般连接模拟，支座各方向刚度及滞回性质，应按照抗震细则及支座实际的属性来准确输入。（4）振型分析数量应保证在各计算方向上获得不小于90%
以上的有效质量。（5）在E1地震作用下主要对桥墩基础、支座等强度进行验算。E2作用下，应对矮墩的强度，桥墩的塑性变形能力、塑性铰抗剪强度以及支座位移等进行验算。（6）对规则桥梁可通过墩顶位移来控制塑性变形能力，其中E2作用墩顶位移需用有效刚度计算得出：容许位移计算中对双柱墩其顺桥向及横桥向位移均可采用静力弹塑性分析方法计算。（7）E2作用下应按照抗震细则验算塑性区抗剪强度。
参考文献
[1]范立楚，桥梁杭震[M].同济大学出版社，1997.
[2]公路桥梁抗震设计细则（JTG/T？B02-01-2008）[M].人民交通出版社，2008.
