大蘆線航道整治工程新匯路橋抗震設計

年福龍

（上海城投航道建設有限公司，上海市 200092）

大蘆線航道整治工程新匯路橋抗震設計

年福龍

（上海城投航道建設有限公司，上海市 200092）

跨航道橋梁因其特殊性，主橋和引橋的重要性有所不同，其結構形式也往往區別較大。在進行橋梁抗震設計時，宜制定不同的設防目標及抗震措施，以確保橋梁結構安全、經濟合理。現以大蘆線航道整治工程新匯路橋抗震設計為例，經過多方面比選論證，對主橋、引橋采用不同的設防目標及抗震措施，進行合理的全橋抗震設計。其成果可為類似工程的建設積累若干寶貴經驗。

跨航道橋梁；抗震設計；雙曲面支座；拉索支座

1　工程概況

大蘆線航道位于上海東南部，是上海市“一建設的重要組成部分。根據航道規劃，整治后的大蘆線航道為Ⅲ級航道，由于之前的航道等級較低，現狀新匯路橋梁由于建設時間不滿足新的通航要求，需拆除重建。

根據航道通航要求，新建新匯路橋主跨采用一跨過河布置，主橋采用計算跨徑135 m的下承式系桿拱橋，主拱為鋼箱拱肋，主梁為鋼-混凝土組合梁。主橋橋面整幅布置，橋寬31.4 m（見圖1）。與主橋兩端相接的一跨引橋采用簡支現澆預應力混凝土箱梁，其余引橋采用跨徑22 m先簡支后連續小箱梁，引橋雙幅布置，單幅標準橋寬11.75m。全橋總體布置為（4×22 m）+（4×22 m）+（30.7 m）+ （137.4 m主橋）+（30.7 m）+（4×22 m）+（4×22 m）+ （22 m+30 m+22 m+22 m）+（4×22 m）。

2　抗震設防標準及性能目標

新匯路為城市次干路，根據《城市橋梁抗震設計規范》規定，橋梁抗震設防分類為丁類。由于主橋跨越Ⅲ級航道，其抗震安全性直接影響到大蘆線航道的通航安全，故適當提高主橋的抗震設防標準。

（1）抗震設防標準：

a.抗震設防烈度7度，地震動峰值加速度為0.10 g。

b.主橋抗震設防類別為丙類，引橋抗震設防類別為丁類。

c.主橋抗震措施等級為按8度設防，引橋抗震措施等級為按7度設防。

（2）橋梁抗震性能目標，見表1所列。

3　地震輸入參數

根據抗震規范規定，阻尼比0.05的水平設計加速度反應譜如圖2所示（以主橋為例）。

考慮到主橋結構剛度較大，重要性較高，在E2水準下推薦采用減隔震設計。根據規范將設計反應譜生成人工地震時程波，如圖3所示。

4　地震反應分析

利用Sap2000軟件建立全橋的結構動力特性和地震反應分析的三維有限元模型（見圖4）。主梁，橋墩和樁基均離散為空間的梁單元，承臺模擬為質點，用等效土彈簧模擬樁土相互作用。

在E1地震水準下，應用彈性反應譜法對該橋進行抗震性能分析，計算采取前500階進行組合，振型組合方式為CQC。

在E2地震水準下，主橋支座剪斷進入非線性狀態，根據生成的人工時程波進行非線性時程分析。

5　主橋抗震設計

5.1E1水準地震強度驗算

在E1地震輸入下驗算主橋支座及構件承載能力如表2～表4所列。可見，主橋支座及各項構件強度均能滿足E1水準性能目標要求。

5.2E2水準地震減隔震設計

圖1　主橋布置圖

圖2　E1、E2水準水平向設計加速度反應譜圖

圖3　E2水準人工地震時程波圖示

圖4　抗震計算模型（主橋局部）

表1　橋梁結構抗震性能目標一覽表

表2　E1水準下支座承載能力驗算表（主橋）

E2水準地震下主橋支座的水平地震力超過支座容許承載力，支座將被剪壞，主梁進入漂浮體系。針對E2水準下地震烈度較大，橋梁構件強度難以滿足的特點，目前常用的有延性設計及減隔震設計兩種抗震策略。前者通過容許橋墩局部破壞進入塑性耗散地震能量，保護其余重要構件；后者則通過減隔震裝置耗能，橋梁其余構件需保持彈性狀態。

新匯路橋主橋橋墩剛度較大，采用延性設計有一定困難，同時考慮到主橋跨越繁忙的內河航道，橋墩損傷后修復比較困難，因此推薦在E2水準地震下進行減隔震設計。減隔震支座采用雙曲面球型支座（見圖5）。

圖5　雙曲面支座示意圖

與常規支座不同的是，雙曲面支座沒有統一的支座型號參數，除摩擦系數外，曲率半徑、地震自由程等各項參數均需要根據不同的橋梁構造形式、地震烈度、場地特征等予以特殊設計。在實際操作中，往往要對計算模型進行參數比選，以獲得最合理的參數組合。以該橋為例，受構造尺寸所限，雙曲線支座曲率半徑限定為5 m，根據非線性時程分析，設計支座最大容許位移為250 mm。支座及構件承載能力如表5～表7所列。

表3　E1水準縱向輸入下構件能力驗算表（主橋）

表4　E1水準橫向輸入下構件能力驗算表（主橋）

表5　E2水準下支座位移能力驗算表（主橋）

表6　E2水準縱向輸入下構件能力驗算表（主橋）

表7　E2水準橫向輸入下構件能力驗算表（主橋）

可知，結構各控制斷面強度滿足該工況下抗震性能目標的要求。

6　引橋簡支跨抗震設計

主橋兩端各一跨為簡支現澆混凝土箱梁，優先考慮采用球鋼支座。

根據規范要求，引橋抗震設防類別為丁類，抗震設計方法為B類，只需進行E1地震作用下的抗震分析和抗震驗算。但是在支座抗震驗算時，需采用支座調整系數來考慮E2地震作用效應。E1地震作用下支座承載能力如表8及表9所列。

表8　E1水準縱向輸入下支座承載能力驗算表（引橋）

表9　E1水準橫向輸入下支座承載能力驗算表（引橋）

由表8及表9可知，引橋簡支跨支座承載力能夠滿足E1水準下的抗震需求，但是在E2水準地震下將被剪壞，存在落梁風險，需要在墩梁之間設置抗震擋塊，限制過大地震位移。同時，考慮到該跨引橋跨越防汛通道，為了確保震后防汛通道暢通，該橋引入了基于球鋼支座的拉索減震支座（見圖6）。

圖6　拉索減震支座示意圖

拉索減震支座是通過在普通球鋼支座上下頂板之間增加彈性鋼拉索連接、輕巧妙結合形成的一種新型減隔震支座。在遭遇罕遇地震時，支座固定銷剪斷，變成滑動支座摩擦耗能，減小地震力，同時由拉索限制地震造成的過大動位移。由于鋼拉索為彈塑性材料，即使在達到最大強度屈服之后，仍具有較大的延性變形而不破壞的能力，相比混凝土限位擋塊，能夠更加有效地減小落梁風險。

7　引橋小箱梁抗震設計

其余各跨引橋為先簡支后連續小箱梁，采用板式橡膠支座。只需進行E1地震作用下的抗震分析和抗震驗算，支座承載能力如表10及表11所列。

由表10及表11可知，引橋小箱梁使用的橡膠支座是在E2水準地震下將發生滑移，小箱梁存在落梁風險。因此，該橋在蓋梁上設置了雙向擋塊，以限制小箱梁縱橫向位移（見圖7）。

表10　E1水準縱向輸入下支座承載能力驗算表（引橋小箱梁）

表11　E1水準橫向輸入下支座承載能力驗算表（引橋小箱梁）

圖7　小箱梁擋塊工程實例圖

8　結　語

由于主橋和引橋的重要性有所不同，在進行跨航道橋梁抗震設計時，需要對主橋和引橋梁用不同的設防目標和抗震措施。在新匯路橋抗震設計中，主橋采用了基于雙曲面支座的減隔震設計，引橋則根據實際情況采用了拉索減震支座和抗震擋塊等抗震構造措施。通過合理的參數比選，在經濟合理的前提下，最大限度地優化了全橋的抗震性能，減輕了橋梁結構的地震破壞。

U442.5+5

B

1009-7716（2016）07-0156-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.045

2016-03-10

年福龍（1964-），男，上海人，高級工程師，從事工程項目管理工作。