柱式墩抗震設(shè)計(jì)分析

肖雅斐

中國十七冶集體有限公司北京工程設(shè)計(jì)分公司，北京 102218

1 項(xiàng)目概況

某樞紐互通匝道橋位于曲線半徑為250m的平曲線上，上部橋?qū)?9.35m，采用30.5m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支小箱梁，4孔為一聯(lián)，橋面連續(xù)，梁高1.7m。下部采用柱式墩、樁基礎(chǔ)。蓋梁寬為19.42m，柱間距為6.9m，1～3號(hào)墩墩高依次為41m、41m、42m，墩徑為2m，樁徑為2.2m，系梁為1.4×1.8m。樁基位于卵石土層。橋梁立面圖如圖1所示。

圖1 30.5m預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁立面圖（單位：cm）

2 計(jì)算過程

采用Midas Civil 軟件建立全橋模型。采用梁單元建立模型。全橋計(jì)算模型如圖2所示，墩柱序號(hào)從左到右依次為0～4號(hào)墩，計(jì)算1～3號(hào)墩。

圖2 全橋計(jì)算模型

該橋所在場地類型為Ⅱ類，橋梁抗震設(shè)防按B類，基本地震峰值加速度為0.15g，抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，該橋按多重Ritz向量法計(jì)算，X、Y方向設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜。墩柱主筋為72根直徑為28mm的HRB400鋼筋，主筋配筋形式如圖3所示。荷載考慮上部恒載自重、預(yù)應(yīng)力重及二期鋪裝重量。

圖3 橋墩主筋截面

3 地震作用內(nèi)力圖

E2地震作用下最大內(nèi)力位置與E1地震作用下相同。經(jīng)計(jì)算可得，E1、E2地震作用下順橋向最大彎矩和最大剪力均位于1號(hào)墩位。E1地震作用下順橋向最大彎矩為2896.3kN·m，橫橋向最大彎矩為2091.1kN·m；順橋向最大剪力為151.9kN，橫橋向最大剪力為395.5kN。E2地震作用下順橋向最大彎矩為9847.3kN·m，橫橋向最大彎矩為7109.8kN·m；順橋向最大剪力為516.4kN，橫橋向最大剪力為1344.6kN。

4 下部結(jié)構(gòu)動(dòng)力驗(yàn)算

4.1 E1抗震驗(yàn)算

在E1地震作用下，進(jìn)行橋墩強(qiáng)度驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果如表1所示。由于篇幅原因，只提供1號(hào)墩第1根墩柱的計(jì)算結(jié)果，后面表格同樣只提供1號(hào)墩第1根墩柱的計(jì)算結(jié)果。由計(jì)算結(jié)果可得在E1地震作用下，1～3號(hào)墩柱均在彈性范圍內(nèi)工作，滿足承載力要求。

表1 橋墩強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果

4.2 抗震驗(yàn)算

（1）橋墩強(qiáng)度驗(yàn)算。在E2地震作用下，進(jìn)行橋墩強(qiáng)度驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果如表2所示。由計(jì)算結(jié)果可知，在E2地震作用下，1～3號(hào)墩柱墩底均不滿足承載力要求，說明1～3號(hào)墩墩底已進(jìn)入塑性變形階段，需根據(jù)彎矩曲率曲線對(duì)橋墩剛度進(jìn)行折減，采用超強(qiáng)彎矩計(jì)算其塑性變形階段的剪力，然后進(jìn)行E2塑性驗(yàn)算，主要驗(yàn)算墩底抗剪強(qiáng)度和塑性鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)能力。

表2 橋墩強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果

（2）橋墩塑性鉸抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算。E2地震作用下，進(jìn)行橋墩塑性鉸抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果如表3所示。由計(jì)算結(jié)果可知，E2地震作用下橋墩塑性鉸抗剪強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

表3 橋墩塑性鉸抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果

（3）橋墩墩頂位移驗(yàn)算。E2地震作用下，進(jìn)行橋墩墩頂位移驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果如表4所示。由計(jì)算結(jié)果可知，E2地震作用下墩頂?shù)奈灰凭淮笥跇蚨杖菰S位移，滿足規(guī)范要求。

表4 橋墩墩頂位移驗(yàn)算表

5 結(jié)論

由以上計(jì)算結(jié)果可知，該橋1～3號(hào)墩在E1地震作用下，各墩柱均在彈性范圍內(nèi)工作，滿足橫、順橋向彈性抗彎要求；在E2地震作用下，各墩柱墩頂均在彈性范圍內(nèi)工作，墩底進(jìn)入塑性階段工作，塑性鉸抗剪強(qiáng)度和墩頂位移均滿足規(guī)范要求，故該橋墩柱抗震驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。