連續(xù)梁橋抗震設(shè)計

郁莉莉 南通市市政工程設(shè)計院有限責(zé)任公司

1 前言

2008 年的汶川大地震，讓我們意識到橋梁設(shè)計人在抗震設(shè)計上的不足。為減輕結(jié)構(gòu)的地震破壞，避免人員傷亡，減少經(jīng)濟損失，建設(shè)部制定了《城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》。規(guī)范采用兩水準(zhǔn)設(shè)防、兩階段設(shè)計的抗震設(shè)計思想，為橋梁結(jié)構(gòu)抗震理論和方法提供了指導(dǎo)依據(jù)，明確要求加強抗震設(shè)計。

2 橋梁概況

本橋位于某城市快速路上，跨度布置為兩聯(lián)2m×30m。上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，梁高1.8m，主梁采用單向四室結(jié)構(gòu)。梁寬26.1m，橋梁橫斷面為整幅式，雙向六車道布置，中央設(shè)隔離墩。下部結(jié)構(gòu)采用矩形橋墩，橋墩采用（1.8m×1.8m）斷面，交接墩處設(shè)置蓋梁。基礎(chǔ)采用樁基接承臺基礎(chǔ)，每個承臺下設(shè)6根樁徑1.5m的灌注樁，樁長均為50m。

3 計算參數(shù)選用

3.1 抗震設(shè)防分類和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)

查《城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》第三章，該橋抗震設(shè)防分類為乙類，E1 地震作用震后立即使用，結(jié)構(gòu)總體反應(yīng)在彈性范圍，基本無損傷；E2 地震作用后經(jīng)搶修可恢復(fù)使用，永久性修復(fù)后恢復(fù)正常運營功能，有限損傷。該城市的基本裂度為7度，設(shè)計地震分組為第二組，據(jù)地勘資料，此項目場地類別為Ⅲ類，特征周期為0.55s，由于等效剪切波速值（平均值162.7m/s）處于場地類別的分界線附近，故按插值方法確定擬建場地設(shè)計特征周期為0.66s。

3.2 地震調(diào)整系數(shù)取值

表1 地震調(diào)整系數(shù)Ci

3.3 計算水平向設(shè)計加速度反應(yīng)譜值

Smax=2.25A，代入數(shù)值，得到E1 階段，Smax=0.14g；E2 階段，Smax=0.5g。

圖1 E1地震作用下水平向設(shè)計加速度反應(yīng)譜

圖2 E2地震作用下水平向設(shè)計加速度反應(yīng)譜

4 地震作用計算

利用有限元計算軟件midas civil 建立模型，并以《城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》為標(biāo)準(zhǔn)進行驗算。圖3 為計算模型圖，節(jié)點數(shù)量599個，單元數(shù)量542個，邊界條件數(shù)量30個。

圖3 計算模型圖

表2 E1作用下橋墩強度驗算表

4.1 E1地震作用下橋墩強度驗算

E1 地震作用下，橋墩處于彈性階段，主要驗算橋墩的抗壓、抗彎強度。表2是按偏心受壓構(gòu)件進行驗算的結(jié)果。

4.2 E2地震作用下橋墩強度驗算

在E2 地震作用下，首先判斷橋墩是否進入塑性狀態(tài)。表3是假定橋墩在E2地震作用下還處于彈性階段的驗算結(jié)果。

計算結(jié)果表明，橋墩已經(jīng)進入了塑性狀態(tài)。當(dāng)橋墩進入塑性狀態(tài)時，應(yīng)驗算橋墩墩頂?shù)奈灰啤⑺苄糟q抗剪強度。

4.3 E2地震作用下橋墩墩頂位移的計算

E2地震作用下墩頂位移的計算方法，《城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》共給出了三種，第一種是考慮彈塑性效應(yīng)，按彈性方法計算出的地震位移乘以考慮彈塑性效應(yīng)的地震位移修正系數(shù)，簡稱修正系數(shù)法；第二種是在塑性鉸區(qū)插入能反應(yīng)結(jié)構(gòu)彈塑性動力行為的單元后再計算，簡稱塑性鉸法；第三種是考慮延性構(gòu)件截面開裂，進行剛度折減后再計算，簡稱等效剛度法。本文采用等效剛度法，計算墩頂?shù)奈灰啤?/p>

4.3.1 等效剛度法

截面的等效屈服曲率φy 和等效屈服彎矩My 通過把實際的彎矩-曲率曲線等效為理想彈塑性彎矩-曲率來求得。通過Ec·Ieff=My/φy計算出剛度折減系數(shù)，結(jié)果列入表5、6。

表4 順橋向剛度折減系數(shù)

表5 橫橋向剛度折減系數(shù)

4.3.2 E2地震作用下橋墩墩頂位移的驗算

順橋向的容許位移按下式計算

橫橋向的容許位移采用非線性靜力分析方法（pushover）進行分析，在蓋梁處施加水平力F，當(dāng)墩柱的任一塑性鉸區(qū)控制截面達到最大容許曲率時，蓋梁處的橫向水平位移即為容許位移。

圖4 雙柱墩pushover計算模式

建立Pushover 模型，迭代40 步，得到每一步的軸力、剪力及曲率，查詢相鄰兩步橋墩剪力之和相差在10%以內(nèi)的步數(shù)，得到橫橋向超強彎矩和剪力設(shè)計值（見表6）。

最大容許曲率為極限曲率除以安全系數(shù)，安全系數(shù)取2。

表7 墩頂位移驗算

4.4 E2地震作用下橋墩塑性鉸抗剪強度驗算

橋墩塑性鉸區(qū)域沿順橋向和橫橋向的斜截面抗剪強度應(yīng)

表6 pushover軸力迭代結(jié)果

表8 斜截面抗剪強度驗算

5 結(jié)束語

地震造成的災(zāi)害是毀滅性的，橋梁的破壞不僅會導(dǎo)致的交通中斷，影響人們的正常生活，而且還嚴(yán)重影響震后救災(zāi)工作。為了保障橋梁設(shè)施的完好，道路的暢通，橋梁設(shè)計人員要重視對橋梁的抗震設(shè)計。規(guī)范給出的等效剛度法思路清晰、計算效率高，對整個延性構(gòu)件都進行了剛度折減，適用于實際工程的橋梁抗震設(shè)計。