某板式橡膠支座高架橋抗震計算分析

郭曙光

(沈陽市市政工程設計研究院有限公司 沈陽市 110015)

板式橡膠支座在梁橋中應用廣泛，支座通常設置在墩臺墊石之上，上部結構直接擱置在支座之上，一般支座與墩梁間無連接措施，而在橋墩蓋梁、橋臺臺帽兩側設置鋼筋混凝土擋塊以限制梁體橫向位移。選擇典型板式橡膠支座梁橋為研究對象，建立Midas Civil模型，對該橋進行抗震分析，探討板式橡膠支座抗震分析時的承載性能、穩定性能。

1 工程概況

該工程位于哈爾濱市道外區，本工程利用原二環部分原有高架橋，拆除部分東直路立交、先鋒路立交和公濱路立交及相應部分橋梁引道，形成完善的東二環高架體系。主橋工程起點東直路，終點公濱路立交橋北側下橋處，全長6606m，先鋒路北段主橋標準斷面為0.5m(防撞欄)+16.6m(機動車道)+0.5m(防撞欄)=17.6m(全寬)，雙向四車道；先鋒路南段主橋標準斷面為0.5m(防撞欄)+24.6m(機動車道)+0.5m(防撞欄)=25.6m(全寬)，雙向六車道。高架橋主橋設計行車時速為每小時60km。高架橋擬采用預應力簡支轉連續小箱梁、鋼梁等多種結構型式。選取主線4×28m預應力簡支轉連續小混凝土結構為研究對象，橋寬37.1m，平均墩高6m，PS89-PS92蓋梁下有3個橋墩，PS93蓋梁下有2個橋墩。

根據工程地勘資料文件可知，本橋的抗震設防烈度為7度。設計基本地震加速度為0.10g，設計地震分組為第一組，設計特征周期值為0.45s，阻尼比0.05。按照《城市橋梁抗震設計規范》(CJJ 166-2011)的相關規定，此橋梁為規則橋梁?？拐鹪O防分類為乙類，抗震設防烈度為7度，抗震構造措施取8度。采用A類抗震設計方法進行抗震驗算。

2 計算模型

本計算取高架橋4×28m預應力簡支轉連續小混凝土結構為設計對象，橋寬37.1m，橋墩采用圓柱墩，平均墩高6m，支座采用板式橡膠支座，支座類型為GYZ350，用Midas Civil建立梁單元模型。

表1 板式橡膠支座參數表

結構荷載為結構恒載及地震力作用。模型中橋梁結構恒載轉化為質量。計算模型如圖1所示。

3 計算分析

根據《城市橋梁抗震設計規范》(CJJ 166-2011)的相關規定，此橋梁為規則橋梁?？拐鹪O防分類為乙類，抗震設防烈度為7度。采用A類抗震設計方法進行抗震驗算?？拐饦嬙齑胧┌吹卣鸹玖叶?度選取。根據地震類別、場地條件、橋梁結構類型等條件計算得出水平設計加速度反應譜最大值Smax=2.25Aη2=2.25×2.2×0.1g×1.32=0.653g，設計加速度峰值PGA=Smax/2.25=0.29g。

3.1 E1抗震驗算

根據《城市橋梁抗震設計規范》(CJJ 166-2011)第7.2.1條規定，E1地震作用下，應按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG 3362-2018)《公路橋涵地基與基礎設計規范》(JTG D63-2007)規定驗算橋墩。

E1地震作用下的反應譜曲線如圖2。

E1地震作用下墩底反力如表2。

表2 橋墩底部內力表

橋墩主筋采用單排直徑32mmHRB400鋼筋，箍筋采用6肢直徑12mmHRB400鋼筋，采用靜力驗算，E1地震作用下的橋墩抗震驗算滿足相關《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG 3362-2018)要求。

3.2 E2抗震驗算

根據《城市橋梁抗震設計規范》(CJJ 166-2011)第7.2.1條相關規定要求，E2地震作用下，需要驗算橋墩墩頂位移、橋墩斜截面抗剪、支座及其連接構件、蓋梁承臺及基礎的強度驗算。

E2地震作用下的反應譜曲線如圖3。

E2地震作用下墩底反力如表3。

表3 橋墩底部內力表

橋墩順橋向、橫橋向M-?曲線見圖4和圖5，由此判定橋墩仍處于彈性階段，未進入塑性。

3.2.1橋墩墩頂位移驗算

E2地震作用下，橋墩墩底仍處于彈性階段，未進入塑性，根據《城市橋梁抗震設計規范》(CJJ 166-2011)規定，墩頂位移不作驗算。

3.2.2橋墩抗剪驗算

因為《城市橋梁抗震設計規范》(CJJ 166-2011)未明確說明橋墩未進入塑性的抗剪計算方法，故根據《城市橋梁抗震設計規范》(CJJ 166-2011)第7.4.2條，對橋墩進行斜截面抗剪驗算。

(1)橋墩順橋向抗剪驗算

順橋向配置了6肢間距為10cm直徑12mmHRB400鋼筋，從Midas計算模型中提取E2地震作用下順橋向地震作用下的橋墩墩底內力為：N=10834kN，F=2023kN。

根據《城市橋梁抗震設計規范》(CJJ 166-2011)式7.4.2-1驗算：

Vc0=φ(Vc+Vs)

Vc0=2023kN

φ(Vc+Vs)=6781kN

故橋墩縱橋向斜截面抗剪滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG 3362-2018)要求。

(2)橋墩橫橋向抗剪驗算

順橋向配置了6肢間距為10cm直徑12mmHRB400鋼筋，從Midas計算模型中提取E2地震作用下順橋向地震作用下的橋墩墩底內力為：N=10834kN，F=2023kN。

根據《城市橋梁抗震設計規范》(CJJ 166-2011)式7.4.2-1驗算：

Vc0=φ(Vc+Vs)

Vc0=2129kN

φ(Vc+Vs)=6781kN

故橋墩橫橋向斜截面抗剪滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG 3362-2018)要求。

3.2.3板式橡膠支座驗算

(1)支座厚度驗算

E2地震作用下，板式橡膠支座厚度驗算按照《城市橋梁抗震設計規范》(CJJ 166-2011)第7.4.5條規定驗算：

XB=XD+XH+0.5XT

支座厚度驗算結果見表4。

(2)支座抗滑穩定性驗算

E2地震作用下，板式橡膠支座抗滑穩定性驗算按照《城市橋梁抗震設計規范》(CJJ 166-2011)第7.4.5條規定驗算：

μdRb≥Ehzh

Ehzh=Ehze+Ehzd+0.5Ehzt

表4 支座厚度驗算結果

支座抗滑穩定驗算結果見表5。

表5 支座抗滑穩定性驗算結果

4 結語

計算結果表明，本聯結構在E1地震作用下，橋梁結構滿足抗震要求，E2地震作用下，橋梁墩柱抗剪、承臺、樁基礎驗算滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG 3362-2018)要求，支座厚度、抗滑穩定性不滿足《城市橋梁抗震設計規范》(CJJ 166-2011)要求。由此可見，需調整板式橡膠支座型號由GYZ350變為GYZ450，需設置橋梁橫向限位裝置，限制橋梁上部小箱梁橫向移動。

板式橡膠支座一般與橋墩和梁體之間無連接措施，支座厚度較薄，變位角小，地震作用下，板式橡膠支座梁橋容易發生支座變位、滑移，產生過大的墩梁相對位移，導致主梁移位、伸縮縫處相鄰梁體間的碰撞、擋塊破壞以及落梁等方面橋體破壞。所以采用板式橡膠支座橋梁需設置較強的橋梁的限位裝置，限制梁體的橫向移動，防止擋塊破壞、落梁等病害發生。