雙薄壁墩連續(xù)剛構(gòu)橋抗震分析

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（1.同濟(jì)大學(xué)，上海市 200092；2.天津城建設(shè)計(jì)院有限公司，天津市 300122）

雙薄壁墩連續(xù)剛構(gòu)橋抗震分析

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（1.同濟(jì)大學(xué)，上海市 200092；2.天津城建設(shè)計(jì)院有限公司，天津市 300122）

對(duì)西藏昌都雙薄壁墩連續(xù)剛構(gòu)橋的動(dòng)力特性進(jìn)行了分析，并按照規(guī)范選取3條E2地震加速度時(shí)程曲線對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震性能分析。

雙薄壁剛構(gòu)；抗震；動(dòng)力特性；反應(yīng)譜；時(shí)程分析

1　工程介紹

西藏昌都縣生格村北大橋位于昌都縣南側(cè)，南北橫跨瀾滄江，橋址區(qū)西岸為生格村，東岸為農(nóng)科所，是連接生格村和農(nóng)科所及達(dá)因卡片區(qū)的重要交通樞紐工程（見圖1）。

圖1　生格村大橋效果圖

橋梁墩位線與現(xiàn)狀河道基本正交，橋梁結(jié)構(gòu)型式采用三跨連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋，跨徑布置為45m+80m+45m＝170m，橋梁總寬23m，分為上下行兩幅。

上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土變截面箱梁結(jié)構(gòu)，每幅橋箱梁設(shè)計(jì)為單箱單室斷面，箱梁頂面寬10.75m，底面寬5.75m，為滿足橋面橫向布置和減輕自重，箱梁頂面翼緣板設(shè)置成1.5%的單向橫坡。

2　動(dòng)力特性分析

將模型中帶有質(zhì)量塊的荷載轉(zhuǎn)化為質(zhì)量后[1]，定義振型分析，采用Midas有限元模型計(jì)算了橋梁前50階振型，橋梁前10階振型的周期與特點(diǎn)見表1，前10階振型見圖2。

表1　動(dòng)力特性

圖2　振型圖

由表1和圖2可知，橋梁第一階振型周期為1.363s，由于受到墩柱高度的的影響，橋梁結(jié)構(gòu)剛度較大。前50階振型結(jié)果表明，順橋向振型參與質(zhì)量為98.54%，橫橋向振型參與質(zhì)量為96.98%，均滿足規(guī)范要求。

3　反應(yīng)譜分析

抗震設(shè)防參數(shù)：橋區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，地震動(dòng)峰值加速度0.10g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45s。根據(jù)《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 166-2011)的相關(guān)規(guī)定，該工程橋梁屬于乙類橋，抗震設(shè)計(jì)方法采用A類，E1地震調(diào)整系數(shù)為0.61，E2地震調(diào)整系數(shù)為2.2。表2為反應(yīng)譜參數(shù)。

表2　反應(yīng)譜參數(shù)

僅對(duì)E2地震作用的橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，其得到的E2地震作用的設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜曲線如圖3所示。

圖3　E2地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜

采用反應(yīng)譜分析法進(jìn)行昌都橋的抗震計(jì)算，振型組合方法采用CQC方法[2]。提取橋墩以及樁底的反應(yīng)譜地震響應(yīng)分析結(jié)果（見表3、表4）。

4　時(shí)程分析

采用RSCTH程序，生成對(duì)應(yīng)的三條E2地震加速度時(shí)程曲線，如圖4所示。

表3　E2地震動(dòng)橋墩地震響應(yīng)（與恒載組合）

表4　E2地震動(dòng)單樁地震響應(yīng)（與恒載組合）

圖4　E2地震動(dòng)加速度時(shí)程曲線

采用非線性時(shí)程分析法進(jìn)行西藏昌都縣生格村北大橋的抗震計(jì)算，提取橋墩以及樁底的地震響應(yīng)分析結(jié)果，其中非線性時(shí)程分析結(jié)果選取三條E2地震作用下地震響應(yīng)的最大值作為代表值。地震響應(yīng)結(jié)果見表5、表6。

表5　E2地震動(dòng)橋墩地震響應(yīng)（與恒載組合）

表6　E2地震動(dòng)單樁地震響應(yīng)（與恒載組合）

5　抗震驗(yàn)算

5.1抗彎承載力驗(yàn)算

依據(jù)規(guī)范[3]第7.1.1節(jié)“在E2地震作用下，延性構(gòu)件（墩柱）可發(fā)生損傷，產(chǎn)生彈塑性變形，耗散地震能量，但延性構(gòu)件（墩柱）的塑性鉸區(qū)域應(yīng)具有足夠的塑性變形能力”。驗(yàn)算方法為計(jì)算橋墩以及樁基礎(chǔ)的P-M-φ曲線，驗(yàn)算E2地震作用下橋梁結(jié)構(gòu)中橋墩以及樁基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)的彎矩地震響應(yīng)計(jì)算結(jié)果小于橋墩以及樁基礎(chǔ)截面的等效屈服彎矩。

使用Midas程序自帶的彎矩-曲率曲線模塊建立橋墩以及單樁截面的纖維單元截面，通過(guò)進(jìn)行截面的彎矩-曲率分析得到橋墩以及樁基礎(chǔ)的鋼筋等效屈服彎矩。橋墩以及樁基礎(chǔ)纖維截面分別見圖5、圖6。橋墩及樁基抗彎性能驗(yàn)算結(jié)果見表7、表8。

圖5　橋墩纖維截面

圖6　單樁纖維截面

表7　E2地震動(dòng)橋墩抗彎性能驗(yàn)算

表8　E2地震動(dòng)樁基抗彎性能驗(yàn)算

通過(guò)驗(yàn)算，E2地震作用下，墩柱與樁基結(jié)構(gòu)的抗彎強(qiáng)度滿足規(guī)范要求，墩柱與樁基均處在完全彈性狀態(tài)。

5.2抗剪承載力驗(yàn)算

由于E2地震作用下，墩柱與樁基均沒(méi)有進(jìn)入塑性狀態(tài)，依據(jù)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[3]第6.8.1節(jié)“在E2地震作用下，如結(jié)構(gòu)未進(jìn)入塑性工作范圍，橋梁墩柱的剪力設(shè)計(jì)值、橋梁基礎(chǔ)和蓋梁的內(nèi)力設(shè)計(jì)值可用E2地震作用的計(jì)算結(jié)果”。橋墩及樁基抗剪性能驗(yàn)算結(jié)果見表9、表10。

表9　E2地震橋墩斜截面抗剪性能驗(yàn)算

表1　0E2地震單樁斜截面抗剪性能驗(yàn)算

通過(guò)表9、表10驗(yàn)算結(jié)果可知，在E2地震作用下，橋梁墩柱及樁基的抗剪性能滿足抗震性能的要求。

6　結(jié)　語(yǔ)

連續(xù)剛構(gòu)橋由于其具有外形美觀、結(jié)構(gòu)尺寸小和橋下凈空大等優(yōu)點(diǎn)被廣泛采用，然而其抗震能力往往是設(shè)計(jì)中的主要因素，直接影響著墩身承載能力的大小。近年來(lái)，隨著高速公路在山區(qū)的發(fā)展，尤其是在西部地區(qū)修建了較多的高墩大跨度剛構(gòu)橋，抗震性能的評(píng)價(jià)與研究也需要逐步深入。

[1]劉美蘭.Midascivil功能在橋梁工程中的應(yīng)用[M].北京：人民交通出版社，2012.

[2]葉愛君，管仲國(guó).橋梁抗震[M].北京：人民交通出版社，2011.

[3]JTG/TB02-01-2008，公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則[S].

U442.5+5

B

1009-7716（2016）11-0060-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.11.017

2016-07-22

張?zhí)希?981-），男，江蘇南通人，高級(jí)工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)工作。