裝配式橋梁地震作用分析與設計

張奇偉

(河南省交通規劃勘察設計院有限責任公司,河南鄭州　450000)

裝配式橋梁地震作用分析與設計

張奇偉

(河南省交通規劃勘察設計院有限責任公司,河南鄭州450000)

裝配式先簡支后連續結構由于施工工藝和經濟方面的顯著優勢在各級公路橋梁中廣泛應用。對地震烈度VI度以上地區,由于受力的復雜性使得下部結構設計往往局限于橋梁個體,缺少系統的設計成果。選取裝配式簡支變連續組合箱梁橋進行地震作用分析,針對不同的柱高研究下部結構地震作用規律并用于結構設計,為同類橋梁結構抗震設計提供借鑒。

裝配式橋梁地震作用結構設計

1　概述

近年來隨著公路交通事業的快速發展，國內建橋數量越來越多，其中中等跨徑的橋梁數量最大。與現澆連續箱梁相比，裝配式先簡支后連續結構由于具有工廠化生產的特點，下部結構和上部預制梁可安排平行作業施工，施工工藝成熟簡單，不需大型起吊設備，建橋施工工期短，便于控制工程質量和進度;同時結構安全可靠，工程造價經濟合理，并保證了行車的舒適性，因此裝配式橋梁在各等級公路上得到廣泛應用。

2　工程概況

某一級公路建設項目位于VII度區丘陵地帶，場地地震動峰值加速度0.10g。為提高行車的平穩性、舒適性，同時為保證施工工期，大橋上部結構采用裝配式先簡支后連續組合箱梁，下部結構采用柱式墩。對30m跨徑裝配式簡支變連續組合箱梁橋進行地震作用分析與下部結構設計，選取半幅15.5m寬橋梁分析，上部橫向采用5片小箱梁，下部為雙柱墩。

表1　工況結構構造尺寸表

表3　E2地震作用內力與檢算結果(工況一)

3　計算分析

3.1計算模型

為研究下部結構受力特點，選取四種典型柱高，按四種工況分別進行地震作用分析。四種工況對應的結構構造尺寸見表1。

表4　E2地震作用內力與檢算結果(工況二、三、四)

表5　下部結構配筋設計表

表2　E1地震作用下結構內力與檢算結果

對(3×30)m裝配式簡支變連續組合箱梁橋采用M IDAS進行地震作用分析。上下部結構采用梁單元建模，建立彈性連接模擬板式橡膠支座，樁土共同工作采用彈性支撐模擬。

3.2計算參數

工程項目橋梁抗震設防類別為B類，位于VII度區，場地水平地震動峰值加速度0.10g。由于反應譜法計算可靠，操作簡單，可以幫助設計人員迅速把握結構的動力特性和響應值，是現今設計人員廣泛采用的方法，因此本項目地震作用分析采用反應譜方法。

3.3分析結果

根據E1地震作用分析與檢算結果，各工況下部結構均處于彈性狀態，采用常規配筋率結構承載力即滿足要求并有足夠富余。E1地震作用相應的結構內力與檢算結果見表2。

E2地震作用下，各工況結構存在明顯差異。對于5m柱高的工況一，E2地震作用下結構基本處于彈性狀態，采用相同配筋結構承載力滿足要求，相應的內力與檢算結果見表3。

工況二、三、四在E2地震作用下立柱均出現塑性變形，需對立柱進行延性設計，通過彎矩曲率曲線計算立柱有效截面抗彎剛度，并對下部結構抗剪等按照能力保護構件設計。樁基內力與承載力檢算結果見表4。

3.4配筋設計

根據E1和E2地震作用分析檢算結果進行下部結構配筋設計。立柱和樁基受力主筋由承載力檢算結果控制，塑性鉸區箍筋依據能力保護構件進行設計，箍筋采用雙根直徑10mm的光圓螺旋筋按照10cm間距并置設計，并對下部結構的最小配箍率進行檢算。

通過對檢算結果歸納分析，以四種工況對應的柱高為參照指標進行下部結構配筋設計，相應設計成果見表5。

3.5小結

對于確定的外部場地條件，結構地震作用水平力大小由結構的質量和剛度決定。以上四種工況上部結構質量相同，隨著立柱高度從5m到35m遞增，工況結構對應的水平剛度由大到小遞減，水平剪力變化趨勢相同。但由于體現力臂大小的柱高對地震彎矩的權重更大，地震引起的下部結構彎矩隨著立柱高度的增加呈遞增趨勢，工況四相應的地震彎矩最大，相應的配筋絕對數量最多。工況一柱高較矮，E2地震作用下立柱仍保持彈性狀態;隨著立柱高度增大，工況二、三、四立柱在E2地震作用下均出現塑性鉸，且塑性變形越來越大。

4　結語

選取VII度區一級公路上的30m跨徑裝配式簡支變連續組合箱梁橋，按照不同的立柱高度分四種工況進行地震作用分析，研究下部結構設計規律。對上部結構相同的橋梁，下部結構主筋設計與立柱高度正相關，設計時可針對相同柱徑的最高橋梁進行地震作用分析，分區間進行下部設計，在保證結構安全的前提下，可大大節省設計工作量。文章提出了下部結構地震作用分析計算的思路和方法，供大家參考借鑒，限于篇幅，能力保護構件設計等方面的內容在此不做展開。

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