鞍山市萬水河北路判甲爐橋抗震復核驗算

王培杰

（沈陽市市政工程設計研究院，遼寧沈陽110015）

1 工程概述

鞍山市萬水河北路判甲爐支流橋建于2004年，橋梁位于河北路與南沙河判甲爐支流相交處。結構為7跨30 m預應力混凝土T梁簡支橋，橋面寬度15.75 m，橫斷面組成為：3.375 m（欄桿+人行道）+9 m（機動車道）+3.375 m（欄桿+人行道）。下部結構橋臺采用肋板式橋臺，橋墩采用樁柱結構。該橋建成后兩端連接道路遲遲未修通，導致該橋一直未投入正式使用，后由于道路規劃加寬，建設單位決定對其進行改造變成單向行駛的一幅橋，在其下游修另一幅橋。該橋的具體改造措施為拆除東側人行道，在對應邊梁位置處設置防撞墻。改造后該橋的機動車道由2車道改為3車道，橋面橫斷面相應變為：3.375 m（欄桿+人行道）+11.375 m（機動車道）+1 m（防撞墻及邊石）。因此對改造后橋梁重新進行結構抗震復核驗算。

2 驗算過程

鞍山市萬水河北路判甲爐支流橋計算采用Midas Civil 2011軟件，計算時采用梁格法對該橋整體進行模擬，T梁之間采用橫隔梁連接，二期恒載采用均布力的方式加在T梁上，計算采用中交04規范，涉及地震反應譜取值均按《公路抗震設計細則》（JTG/T B02-01-2008）取值，該橋上下部結構均為鋼筋混凝土現澆構件，支座均采用GJZ400×400×69板式橡膠支座。

2.1 主要材料及其參數

2.1.1 混凝土：C30

（1）混凝土抗壓彈性模量：E=3.0×104MPa；

（2）混凝土抗彎彈性模量：E=3.0×104MPa；

（3）混凝土抗剪彈性模量：G=1.2×104MPa；

（4）混凝土的抗壓設計強度：fcd＝13.8 MPa；

（5）混凝土容重：25 klN/m2。

2.1.2 普通鋼筋

2.1.2.1 Ⅰ級鋼筋

（1）鋼筋彈性模量：Eg＝2.1×105MPa；

（2）鋼筋的抗拉設計強度：fsd＝195 MPa。

2.1.2.2 Ⅱ級鋼筋

（1）鋼筋彈性模量：Eg＝2.0×105MPa；

（2）鋼筋的抗拉設計強度：fsd＝280 MPa。

2.2 場地穩定性分

（1）場地內無活動斷裂構造通過，粗砂、礫砂層不液化，無不良地質作用，場地穩定屬于建筑抗震一般地段，適宜建橋。

（2）場地地震效應：場地的地震基本烈度為7度，場地土類型為中硬土，場地類別為II類，設計地震分組為第一組，水平向設計基本地震加速度峰值為0.10 g，特征周期為0.35 s。

2.3 主要規范及依據

（1）《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2004）（交通部）；

（2）《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）（交通部）；

（3）《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTD63-2007）（交通部）；

（4）《 公 路 橋 梁 抗 震 設 計 細 則 》（JTG/T B02-01-2008）（交通部）；

（5）《河北路南沙河判甲爐支流橋梁工程巖土勘察報告》（東北巖土工程勘察總公司）。

2.4 抗震計算結果

2.4.1 計算模型

計算軟件采用Midas Civil 2011軟件。計算時采用梁格法對該橋整體進行模擬，T梁之間采用橫隔梁連接，二期恒載采用均布力的方式加在T梁上，計算采用中交04規范，涉及地震反應譜取值均按《公路抗震設計細則》（JTG/T B02-01-2008）取值，該橋上下部結構均為鋼筋混凝土現澆構件，支座均采用GJZ400×400×69板式橡膠,支座剛度為SDx=1662351 kN/m,SDY=3918 kN/m,SDZ=3918 kN/m,具體模型見圖1、圖2所示。

圖1 梁格法模型

圖2 梁格法模型坐標系方向示意圖

模型中單元坐標方向規定為順橋向為X軸，正交橫橋向為Y軸，橋墩蓋梁與X軸偏角60°。

圖3、圖4分別為反應譜數據E1和E2的圖示。

圖3 按規范添加反應譜數據E1圖示

圖4 按規范添加反應譜數據E2圖示

2.4.2 地震力計算結果

2.4.2.1 E1地震力作用

經過Midas Civil 2011對模型進行計算分析，在提取計算結果時不僅考慮了正常情況下墩底在X,Y方向上方的地震效應，同時由于該橋是斜橋且斜角角度較大，也計算了橋墩斜向角度（60°）的地震力作用效應。結果如下：

X方向墩底的最大的地震效應Mx=281 kN·m（見圖5）。

圖5 X方向地震效應圖示

Y方向墩底的最大的地震效應My=398 kN·m（見圖6）。

圖6 Y方向地震效應圖示

Y方向偏角60°墩底的最大的地震效應Mz=472 kN·m（見圖7）。

圖7 Y方向偏角60°地震效應圖示

2.4.2.2 E2地震力作用

經過Midas Civil 2011對模型進行計算分析，在提取計算結果時不僅考慮了正常情況下墩底在X,Y方向上方的地震效應，同時由于該橋是斜橋且斜角角度較大，也計算了橋墩斜向角度（60°）的地震力作用效應。結果如下：

X方向墩底的最大的地震效應Mx=828 kN·m（見圖8）。

圖8 X方向地震效應圖示

Y方向墩底的最大的地震效應My=1169 kN·m（見圖9）。

Y方向偏角60°墩底的最大的地震效應Mz=1391 kN·m（見圖10）。

2.4.3 結構抵抗能力驗算

采用橋梁博士V3.3軟件對橋墩截面進行截面驗算，手動組合內力，由程序驗算結構的抗力是否滿足。

在下部結構計算結果中提出結構重力產生的橋墩墩底軸力為2790 kN，剪力88 kN，E2地震力導致的最大彎矩1391 kN·m。橋墩截面為直徑1.4 m的圓形截面，采用C30混凝土，內部配置28根直徑22 mm鋼筋。經過橋梁博士V3.3軟件對橋墩截面進行截面驗算，結構為偏心受壓構件：截面受力性質為下拉偏壓，內力描述:Nj=2.79e+03（kN）,Qj=106（kN）,Mj=1.39e+03（kN·m）。

截面抗力:NR=2.95e+03（kN）≥ Nj=2.79e+03（kN）(滿足)。

截面抗力驗算結果滿足使用要求。

2.4.4 支座驗算

依據《公路橋梁抗震設計細則》（JTG/T B02-01-2008）需對板式橡膠支座進行抗震驗算，結果如下。

2.4.4.1 支座厚度驗算

式中：Σt——橡膠層總厚度，mm，該橋支座取49mm；

tanγ——橡膠片剪切角正切值，取tanγ=1.0；

X0——E2地震作用效應和永久作用效應組合后橡膠支座頂面相對于底面的水平位移，mm，經計算X方向，X0=11.5mm；Y方向，Y0=16.4 mm。

由上式可知，支座厚度驗算滿足規范要求。

2.4.4.2 支座抗滑穩定性驗算

式中：μd——支座的動摩阻系數；橡膠支座與混凝土表面的動摩阻系數采用0.15，與鋼板的動摩阻系數采用0.10，該橋取0.15；

Rb——上部結構重力在支座上產生的反力，kN，該橋 Rb=561 kN；

Ehzb——E2地震作用效應和永久作用效應組合后橡膠支座的水平地震力，kN，該橋Ehzb=30.16 kN.

由上式可知，支座抗滑穩定性驗算滿足規范要求。