高烈度區橋梁下部結構設計與分析

劉智 文俊

摘? 要：文章以高烈度區橋梁為題，就高烈度區的橋梁下部結構配筋，應用Midas軟件建模分析，對下部結構配筋進行探討和研究。

關鍵詞：高烈度區;下部結構;抗震分析;配筋

中圖分類號：U443? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）10-0087-02

Abstract： In this paper， the reinforcement of the lower structure of the bridge in the high intensity area is discussed and studied using Midas software to model and analyze the reinforcement of the lower structure of the bridge in the high intensity area.

Keywords： high intensity area; substructure; seismic analysis; reinforcement

前言

橋梁設計應該按照安全、耐久、適用、環保、經濟和美觀的原則，可見橋梁結構的首要任務是安全，安全的作用尤為重要，其次才是其他原則，我國50%的國土面積位于地震高烈度區域，在高烈度區架設橋梁，橋梁的安全不容忽視，結構的安全性能是非常重要的，這就需要結構本身具有一定的抗震性能，萬丈高樓平地起，根基最重要，可見橋梁下部結構的作用是舉足輕重的，下部結構的鋼筋配置以及抗震分析就顯的格外重要。

1 工程的主要概況

項目位于寧夏回族自治區中衛市海原縣，公路等級為二級公路，荷載等級為公路-Ⅰ級，地震動峰值加速度0.3g，地震動反應譜特征周期0.45s，屬高烈度區，橋梁工程場地類別為Ⅱ類。本橋為4-20m裝配式預應力混凝土簡支空心板橋，交角45°，橋梁寬度13m，橋面整體層采用15cm厚C50混凝土，鋪裝層采用9cm厚瀝青混凝土。橋墩采用直徑1.2m墩柱，樁基采用直徑1.4m樁基礎，肋板臺基礎采用1.2m樁基礎，樁基礎全部為摩擦樁。橋墩蓋梁、墩身、系梁、橋臺臺帽、臺身、耳墻、背墻等采用C30混凝土，橋臺肋板臺承臺、墩臺鉆孔樁基礎等采用C35抗硫混凝土。

2 下部結構初步配筋

橋墩采用直徑1.2m墩柱，樁基采用直徑1.4m樁基礎，結合工程經驗，初步擬定橋墩墩柱主筋采用26根HRB400ψ25的鋼筋，箍筋采用HPB300φ12的鋼筋，且箍筋在塑性鉸區域內進行了加密，樁基主筋采用26根HRB400ψ25的鋼筋，箍筋采用HPB300φ12的鋼筋，箍筋及主筋未加密;肋板臺基礎采用1.2m樁基礎，初步擬定樁基采用24根HRB400ψ25的鋼筋，箍筋采用HPB300φ12的鋼筋，箍筋及主筋未加密。

3 結構計算與分析

本橋采用Midas Civil 2012全橋建模，重點對下部結構墩柱、樁基礎進行抗震分析驗算，驗證墩柱、樁基礎在鋼筋配筋上是否合理，抗震性能是否滿足要求。

根據《公路橋梁抗震設計細則》的規定，本橋為規則橋梁，且為C類，C類橋梁必須進行E1地震作用和E2地震作用下的抗震設計，本次計算采用反應譜法進行結構的彈塑性抗震分析。

本橋為空心板中橋，支座采用板式橡膠支座，支座在Midas模型中采用線性彈簧單元模擬，根據《公路橋梁抗震設計細則》的公式（k=GdAr/∑t）計算板式橡膠支座剪切剛度系數k值，橋梁下部結構為摩擦樁基礎，需考慮樁土共同作用，對于樁土共同作用可用等代土彈簧模擬，結合土層資料，等代樁基土彈簧的剛度采用表征土介質彈性值m參數法模擬。

本次作用效應組合為：永久作用效應+地震作用效應，其中永久作用包括結構重力（恒載），地震作用為地震動的作用和地震土壓力等。

3.1 彈性分析驗算

本次橋梁抗震分析驗算時，E1地震作用下，常規橋梁的所有構件抗彎剛度均按毛截面計算。

（1）E1地震作用下橋墩抗彎強度驗算：

（2）E1地震作用下基礎驗算

（3）E2地震作用下橋墩抗彎強度驗算

3.2 塑性分析驗算

塑性分析驗算時，延性構件的有效截面抗彎剛度應按下式Ec×Ieff=My/φy計算，但其他構件抗彎剛度仍按毛截面計算。

（1）E2地震作用下橋墩塑性鉸區抗剪強度驗算

墩柱塑性鉸區域沿順橋向和橫橋向的斜截面抗剪強度應按下列公式驗算：

（2）E2地震作用下基礎驗算

按能力保護構件分別計算出軸力、彎矩、剪力設計值后和永久效應組合后進行驗算，需按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋梁設計規范》持久狀況承載能力極限狀態計算進行驗算。

本次根據Midas模型，提取樁基礎軸力、剪力以及彎矩，按承載能力極限狀態、正常使用極限狀態進行樁身強度、穩定性及裂縫寬度的驗算，驗算結果顯示樁基安全系數均大于1，可見E2地震作用下基礎驗算滿足規范要求。

在塑性驗算中，E2地震作用下，橋墩塑性鉸產生彈塑性變形，消耗了地震能量，具備了一定的塑性變形能力，發揮了應有的作用，E2地震作用下橋墩塑性鉸區抗剪強度驗算滿足規范要求，E2地震作用下基礎驗算滿足規范要求。

根據以上Midas建模進行彈性、塑性分析驗算，橋墩采用直徑1.2m墩柱，樁基采用直徑1.4m樁基礎，橋墩墩柱主筋采用26根HRB400ψ25的鋼筋，箍筋采用HPB300φ12的鋼筋，且箍筋在塑性鉸區域內進行了根數及肢距的加密，樁基主筋采用26根HRB400ψ25的鋼筋，箍筋采用HPB300φ12的鋼筋，箍筋及主筋未加密;肋板臺基礎采用1.2m樁基礎，樁基采用24根HRB400ψ25的鋼筋，箍筋采用HPB300φ12的鋼筋，箍筋及主筋未加密，在E1地震作用、E2地震作用下，下部結構抗震驗算均滿足要求，可見本次下部結構墩柱及樁基，在主筋及箍筋配筋根數及直徑初步擬定上完全合理的，下部結構能夠抵抗地震作用產生的所有效應。

4 結論

根據本次抗震分析驗算，結合規范要求，對于抗震設防烈度為7度及7度以上區域的橋梁，應做好橋梁的抗震設計工作，在橋墩的塑性鉸區域內應加密箍筋根數及肢距，且應使塑性鉸區域最小體積含箍率不得低于0.004，以便墩柱構件更好的發揮抗剪作用;作為樁基礎，考慮到樁土共同作用，樁身受到的地震剪力相對較小，而承受的彎矩較大，結合本次橋梁抗震分析，樁基是否需要配置抗彎的抗震鋼筋，應加強樁基結構抗震分析，確定彎矩最大值及彎矩臨界位置，以便確定抗震鋼筋的根數及長度。

參考文獻：

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