導(dǎo)語：如何才能寫好一篇公路抗震設(shè)計(jì)細(xì)則，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：橋梁工程 Midas有限元 抗震性能 結(jié)構(gòu)分析

中圖分類號：TU997文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

實(shí)際工程中，橋梁震害以下部結(jié)構(gòu)最為嚴(yán)重。根據(jù)以往橋梁震害類型分析，地震引起的破壞形式主要是下部結(jié)構(gòu)尤其是橋墩的破壞。橋梁下部結(jié)構(gòu)地震破壞形式有以下幾種：

（1）彎曲破壞：受地震力作用，受拉鋼筋屈服，混凝土保護(hù)層脫落，導(dǎo)致塑性鉸范圍擴(kuò)大，鋼筋壓屈以致內(nèi)部混凝土壓碎、迸裂。

（2）剪切破壞:受地震力作用，橋墩產(chǎn)生水平彎曲裂縫，繼而產(chǎn)生斜向剪切裂縫，箍筋屈服，剪切裂縫增長，產(chǎn)生脆性剪切破壞。

（3）落梁：由于橋梁下部結(jié)構(gòu)地震動位移過大，引起的橋梁上部結(jié)構(gòu)墜落。資料表明，順橋向落梁情形遠(yuǎn)多于橫橋向，它約占全部落梁總數(shù)的80%-90%。順橋向落梁時(shí)，梁端撞擊橋墩側(cè)壁，這種沖擊作用對下部結(jié)構(gòu)會造成很大影響，因?yàn)槁淞旱哪芰勘攘涸诙枕敯l(fā)生振動時(shí)的能量具有壓倒性優(yōu)勢。

（4）支座破壞：傳遞的上部結(jié)構(gòu)慣性力超過支座的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，橋梁支座是橋梁抗震的薄弱部位，震害極為普遍，破壞的主要形式為支座錨固螺栓拔出剪斷，活動支座脫落及支座本身構(gòu)造上的破壞

本文針對以上這些震害，以反應(yīng)譜理論為基礎(chǔ)，結(jié)合抗震細(xì)則，利用Midas大型有限元程序，對常規(guī)橋梁橋墩進(jìn)行彈性和彈塑性分析計(jì)算。

1 抗震細(xì)則的修訂

公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ 004-89) 是單一水準(zhǔn)強(qiáng)度抗震設(shè)計(jì)，僅僅使用烈度來描述地震作用強(qiáng)度，很多方面的規(guī)定過于籠統(tǒng)、模糊。例如，通過引入綜合影響系數(shù)來折減地震力后采用彈性抗震設(shè)計(jì)，其隱含的意思是允許結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性，對結(jié)構(gòu)的延性性能有相應(yīng)的要求，但在設(shè)計(jì)上又沒有進(jìn)行必要的延性抗震設(shè)計(jì)，其延性能力能否滿足要求是不確定的，這也是原規(guī)范存在的一個(gè)較大缺陷。

修訂后的《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》修訂了相應(yīng)的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)防目標(biāo)，采用了兩水平設(shè)防、兩階段設(shè)計(jì)的抗震設(shè)計(jì)思想，由單一的強(qiáng)度抗震設(shè)計(jì)修改為強(qiáng)度和變形雙重指標(biāo)控制的抗震設(shè)計(jì)。并且，在構(gòu)造方面，增加了橋梁延性抗震設(shè)計(jì)和能力保護(hù)原則的有關(guān)規(guī)定，增加了延性構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的有關(guān)規(guī)定。

2 工程實(shí)例

某城市高架橋設(shè)計(jì)為雙向六車道Ⅰ級主干路，主線橋面總寬32.5m，雙向8車道。橋梁設(shè)計(jì)荷載公路I級，地震基本烈度為VIII度，設(shè)計(jì)地震動加速度為0.2g，場地類別為II類，特征周期為0.4s。利用Midas建立結(jié)構(gòu)的三維空間動力有限元分析模型,并考慮相鄰聯(lián)的影響和樁基礎(chǔ)等因素的影響，正確反映結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及支座連接特點(diǎn)等耦合影響。

根據(jù)抗震細(xì)則，橋梁抗震性能研究必須要有明確的抗震性能目標(biāo)，以便對結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的抗震檢算。本橋采用兩水平設(shè)防、兩階段設(shè)計(jì)的抗震思想?？拐鹪O(shè)防水準(zhǔn)為兩級地震水準(zhǔn)：第一水準(zhǔn)相當(dāng)于設(shè)計(jì)地震，對應(yīng)于重現(xiàn)期約100年；第二水準(zhǔn)相當(dāng)于罕遇地震，對應(yīng)重現(xiàn)期地震約2000年（100年5%）。依據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》規(guī)定并綜合考慮工程造價(jià)、結(jié)構(gòu)遭遇的地震作用水平、緊急情況下維持應(yīng)急交通能力的必要性和避免倒塌以及結(jié)構(gòu)的耐久性和修復(fù)費(fèi)用等因素，與這兩級設(shè)防地震相應(yīng)的抗震性能目標(biāo)建議如表1所列。

設(shè)防水準(zhǔn) 性能目標(biāo)

E1地震作用 在該水準(zhǔn)地震作用下，結(jié)構(gòu)在基本彈性范圍內(nèi)工作，基本不損傷或輕微損傷；

E2地震作用 在該水準(zhǔn)地震作用下，墩柱可發(fā)生損傷，產(chǎn)生彈塑性變形，但墩柱的塑性鉸區(qū)域應(yīng)具有足夠的塑性變形能力。蓋梁、主梁基本不發(fā)生損傷，樁基礎(chǔ)滿足極限狀態(tài)要求。

表1

3 抗震分析

場地水平向設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的函數(shù)表達(dá)式，根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T B02-01-2008）給出，表達(dá)式如下：

參照抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、抗震性能目標(biāo)以及場地資料，根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》，確定如下圖1所示的對應(yīng)兩水準(zhǔn)的水平向設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜。

圖1工程場址地表水平向設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙建立結(jié)構(gòu)動力分析模型，對應(yīng)的邊界約束條件和計(jì)算的結(jié)構(gòu)動力特性，采用反應(yīng)譜法，取5％阻尼比反應(yīng)譜，分別對50年超越概率10％（簡稱E1）和100年超越概率5%（簡稱E2）兩種概率水準(zhǔn)地震作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算分析，地震輸入方向?yàn)闄M橋向與縱橋向，采用Midas提供的Ritz法取前500階進(jìn)行反應(yīng)譜分析計(jì)算，其中振型組合采用CQC法。選取36#橋墩為研究對象，得到如下結(jié)果（僅考慮橫橋向地震力作用下墩底地震響應(yīng)）：

（1）各墩墩底地震響應(yīng)

各橋墩墩底對應(yīng)不同超越概率水準(zhǔn)地震作用的地震響應(yīng)見表2至3所示。

表2 墩底截面的內(nèi)力最大值（E1橫橋向輸入）

截面位置（墩底） 動軸力 P（kN） 剪力 （kN） 扭矩 T（kN.m） 彎矩 (kN.m)

縱向 橫向 橫向 縱向

P36#墩 左側(cè) 3067.673 69.786 1738.558 644.523 13247.758 484.048

右側(cè) 3042.841 69.760 2326.226 182.019 14744.726 491.435

表3墩底截面的內(nèi)力最大值（E2橫橋向輸入）

截面位置（墩底） 動軸力 P（kN） 剪力 （kN） 扭矩 T（kN.m） 彎矩 (kN.m)

縱向 橫向 橫向 縱向

P36#墩 左側(cè) 9273.98 209.82 5258.69 1935.52 40068.13 1452.96

右側(cè) 9197.03 209.75 7036.24 547.49 44596.09 1477.00

由此對比設(shè)計(jì)配筋，E1作用下配筋滿足要求，E2作用下配筋不滿足要求，需進(jìn)行E2作用下的彈塑性位移計(jì)算。

（2）E2作用下的彈塑性位移計(jì)算

應(yīng)用纖維單元進(jìn)行墩柱M-φ 曲線計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見圖2。

從截面應(yīng)力狀態(tài)發(fā)展過程錄像可以看出第136 步為規(guī)范中的受拉鋼筋首次屈服特征點(diǎn)(φy’, My’) , My’= 12230KNm, φy’=0.001723 rad/ m。

可以求出混凝土開裂后用于全橋模型的塑性變形計(jì)算的墩柱等效剛度:

EIeff= My’/φy’= 12230/ 0.001723= 7098084.7 kN m2。

查抗震細(xì)則附錄B 可依次求得φy, φu 以及體積配箍率ρs 等, 最后求出塑性鉸長度Lp , 從而得到變形控制值 u。

由于水平地震力全部由中墩承擔(dān), 對于該橋可以按材料力學(xué)公式直接求得:

б= S /gxGxH 3/(3EIeff) =24.22cm

4 分析結(jié)論

通過在E1和E2兩個(gè)水準(zhǔn)地震反應(yīng)譜分析和校核結(jié)果的結(jié)論如下：

橋墩墩身在E1水準(zhǔn)地震作用下基本滿足預(yù)期的抗震性能要求；但是在E2水準(zhǔn)地震作用下，橋墩墩頂位移滿足規(guī)范要求，但橋墩墩底彎矩需求大于墩身能力。因此在E2水準(zhǔn)下應(yīng)當(dāng)進(jìn)行減隔震設(shè)計(jì)。且為防止該橋結(jié)構(gòu)在遭遇強(qiáng)震作用時(shí)，發(fā)生落梁等震害，應(yīng)設(shè)置防落梁裝置。

本設(shè)計(jì)采用拉索減隔震支座進(jìn)行減隔震設(shè)計(jì)，支座自由程選取為0.07m，支座的布置方式采用在每聯(lián)的過渡墩上設(shè)置拉索減隔震支座。在E2地震作用下,固定支座（設(shè)在每聯(lián)的正中間墩上）的剪力銷按照設(shè)計(jì)要求發(fā)生剪斷,成為滑動支座。

5 結(jié)語

相對于原89《規(guī)范》, 新《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》在適用范圍、設(shè)防目標(biāo)和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)和分析方法等方面均作了大量修訂和改進(jìn), 特別是在設(shè)計(jì)理念和方法上有重大改進(jìn), 采用了2水平設(shè)防、2階段設(shè)計(jì)的抗震設(shè)計(jì)思想, 引入了先進(jìn)的延性抗震設(shè)計(jì)方法和能力保護(hù)設(shè)計(jì)原則, 實(shí)現(xiàn)了和國際先進(jìn)水平的接軌。本文分別從橋梁抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、橋梁延性抗震設(shè)計(jì)和減隔震設(shè)計(jì)等幾個(gè)主要方面進(jìn)行了簡單地論述,希望對抗震設(shè)計(jì)能有所借鑒。

參考文獻(xiàn):

[1] JTJ004-89, 公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S] .

篇2

關(guān)鍵詞：公路橋粱設(shè)計(jì)；抗震措施；橋梁加固；設(shè)計(jì)規(guī)范

1、橋梁與抗震

我國處于世界兩大地震帶――環(huán)太平洋地震帶和亞歐地震帶之間,是一個(gè)強(qiáng)震多發(fā)國家,汶川、玉樹地震表明強(qiáng)烈地震將引發(fā)長期的社會政治、經(jīng)濟(jì)問題，并帶來難以慰籍的感情創(chuàng)傷。在抗震救災(zāi)中，公路交通運(yùn)輸網(wǎng)更是搶救人民生命財(cái)產(chǎn)和盡快恢復(fù)生產(chǎn)、重建家園、減輕次生災(zāi)害的重要環(huán)節(jié)，所以公路橋梁是生命系統(tǒng)工程中的重要組成部分，公路橋梁抵抗震害的能力是橋梁設(shè)計(jì)中重點(diǎn)關(guān)注的問題之一。

橋梁震害中獲得的經(jīng)驗(yàn)和知識是推動橋梁抗震設(shè)計(jì)的原動力，1971年美國San Fernand地震(6.6級)、1989年美國北加州的Lonm Pfieta地震(7.1級)、1995年日本阪神大地震(7.2級)、2008年汶川大地震(8.0級)等影響巨大的地震引起了工程界的重視和廣泛探討。隨著建筑物與地震反應(yīng)關(guān)系的研究深入，橋梁抗震設(shè)計(jì)理論得到了提高與拓展，2008年我國公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范由《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/TB02-01-2008)替代原來的《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范)(JTJ004-89)，是我國橋梁設(shè)計(jì)的一大進(jìn)步，根據(jù)歷次大地震的調(diào)查研究，公路橋梁的地震破壞主要形式總結(jié)歸納如下：

(1)橋梁上部結(jié)構(gòu)受水平力作用滑落(汶川百花大橋落梁)；

(2)橋墩塑性鉸的抗彎、抗剪強(qiáng)度不足，導(dǎo)致橋墩破壞(日本阪神大量墩柱破壞)；

(3)橋墩、樁基礎(chǔ)鋼筋的連接及錨固性能不足，導(dǎo)致橋墩破壞(最為常見)；

(4)橋梁支座等連接部位破壞(最為常見)。

常規(guī)橋梁抗震設(shè)計(jì)首先應(yīng)是抗震構(gòu)造措施，根據(jù)汶川地震相關(guān)調(diào)查表明干線公路橋梁由于采用了合理的抗震構(gòu)造措施，結(jié)構(gòu)安全富裕較多，震后其破壞遠(yuǎn)小于地方道路橋梁?？拐饦?gòu)造措施是總結(jié)橋梁震害經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出的設(shè)計(jì)原則，事實(shí)表明抗震構(gòu)造措施可以起到有效減輕震害作用，而所耗費(fèi)的工程代價(jià)往往較低。

2、橋梁設(shè)計(jì)與抗震措施

2.1防止落梁的措施

《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》指出上部結(jié)構(gòu)主梁的支承長度a≥70+0.5L(L為梁的計(jì)算跨徑，L單位為m，a單位為cm)，該取值沿用自日本抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，多數(shù)設(shè)計(jì)者認(rèn)為規(guī)范取值較為保守，比上一代規(guī)范《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ004-89))有較大提高(a≥50+L)。這里需指出該種認(rèn)識屬于誤區(qū)，當(dāng)“長橋高墩”時(shí)應(yīng)在規(guī)范基礎(chǔ)上給予更多的安全富余。例如：都汶高速公路廟子坪岷江大橋第10跨(跨徑50m、墩高70m)。雖然蓋梁寬度高達(dá)3.0m(根據(jù)《橋梁抗震細(xì)則》要求，含伸縮縫寬度取2.1m即可)，但該橋還是發(fā)生縱向落梁，所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意“長橋高墩”,特別是設(shè)置有伸縮縫的相鄰聯(lián)橋墩，不僅要將主粱支承長度取值放大一些，還需要設(shè)置主粱限位裝置。根據(jù)國外規(guī)范以及《抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》精神，同時(shí)應(yīng)設(shè)置縱向防落梁構(gòu)造，同時(shí)應(yīng)注意限位裝置不得有礙于防落梁構(gòu)造的發(fā)揮。

根據(jù)汶川地震后的調(diào)查表明橫橋向抗震擋塊的破壞非常普遍，2010年玉樹震區(qū)橋梁調(diào)查也存在同樣問題，說明當(dāng)前擋塊設(shè)計(jì)存在薄弱的問題，主要表現(xiàn)為構(gòu)造尺寸偏小，主筋配筋偏少，擋塊內(nèi)側(cè)缺少減震橡膠塊，特別是在斜彎橋設(shè)計(jì)中應(yīng)比直線橋具備更多的考慮。擋塊內(nèi)側(cè)不儀應(yīng)設(shè)置橡膠塊，還應(yīng)考慮留有不小于5cm的縫隙，多數(shù)橋梁設(shè)計(jì)將橋墩擋塊設(shè)置為與蓋粱邊緣齊平的方法是欠考慮的，往往造成施工誤差調(diào)整困難以及上述5cm縫隙難以保證，故建議橋墩蓋梁端部懸出擋塊外1Oom為宜。

2.2支座形式和布置方式

支座選型長期以來被忽視，常規(guī)粱橋多采用普通橡膠支座，汶川地震后的調(diào)查表明普通橡膠支座破壞后加劇了橋梁損傷，建議根據(jù)橋梁設(shè)防要求，選用適用的支座類型?；镜卣饎臃寮铀俣确逯?.1g地區(qū)和以上地區(qū)應(yīng)選擇減震型橡膠支座。

作為支座的布置是否合理至關(guān)重要，汶川百花大橋第5聯(lián)(5×20m)采用一個(gè)固定支座，其余墩為活動支座，導(dǎo)致全聯(lián)上部結(jié)構(gòu)水平地震力幾乎完全由固定支座下的橋墩承擔(dān)，該橋墩迅速破壞后，造成全聯(lián)坍塌。對于連續(xù)梁橋在設(shè)置固定支座后，應(yīng)充分考慮固定支座設(shè)置對抗震的不利影響，慎用墩梁固結(jié)方案，應(yīng)注重考慮各墩水平受力的平均分擔(dān)。

2.3柱式橋墩的合理設(shè)計(jì)

柱式墩是橋梁設(shè)計(jì)中最為常見的結(jié)構(gòu)形式，日本阪神地震中顯示出大量圓形獨(dú)柱墩崩潰性破壞，汶川地震相關(guān)資料表明矩形墩要優(yōu)于圓形墩，抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)首先盡量避免選用抗震性能差的圓形獨(dú)柱結(jié)構(gòu)，同時(shí)優(yōu)先選擇矩形截面形式。其次應(yīng)重視橋墩中間的橫梁設(shè)置，橫梁剛度不宜過大，避免導(dǎo)致“強(qiáng)梁弱柱效應(yīng)”的出現(xiàn)，造成結(jié)構(gòu)的第一塑性鉸出現(xiàn)在墩柱之上，而不是橫梁上，致使結(jié)構(gòu)失效。

結(jié)構(gòu)剛度的均衡是總的設(shè)計(jì)原則，一般指縱橋向相鄰高度不宜相差過大，同時(shí)注意當(dāng)?shù)孛鏅M坡較陡時(shí)，橫橋向也會出現(xiàn)墩柱高度差異，條件容許時(shí)可以考慮進(jìn)行開挖，以保證橫橋向墩柱剛度的均衡。

另一個(gè)設(shè)計(jì)原則是能力保護(hù)原則，要使結(jié)構(gòu)體系中延性構(gòu)件和能力保護(hù)構(gòu)件形成強(qiáng)度等級差異，確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件不發(fā)生脆性破壞，在延性細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)中應(yīng)保證墩柱縱筋和箍筋形成整體骨架，當(dāng)混凝土縱向受壓、橫向膨脹時(shí)，箍筋給于縱筋的約束作用最為重要，而縱筋對約束混凝土墩柱的延性作用巨大，所以各國規(guī)范均提高了對縱筋的配筋率要求,下圖中可以明確顯示各國規(guī)范的對比情況四。該圖的對比結(jié)果表明，很多設(shè)計(jì)師所認(rèn)為的規(guī)范安全富余度足夠的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，事實(shí)上由于考慮自身經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、工業(yè)條件的制約，我國規(guī)范與歐美規(guī)范在安全富余方面存在一定的差距，這就要求橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行相應(yīng)的提高。

圖1最小配筋率比較示意圖

橋墩是支撐梁體的主要構(gòu)件，同時(shí)由于橋梁結(jié)構(gòu)“上剛下柔”的特點(diǎn)使得橋墩極易出現(xiàn)破壞，其破壞主要包括墩身剪斷、壓潰和開裂，應(yīng)根據(jù)抗剪計(jì)算來配置箍筋，選擇合理的箍筋間距，注意箍筋的搭接構(gòu)造細(xì)節(jié)。設(shè)防裂度7度及以上應(yīng)通過計(jì)算確定墩柱尺寸，保證塑性鉸區(qū)位于墩柱范圍內(nèi)，塑性鉸區(qū)鋼筋應(yīng)根據(jù)《公路橋梁抗震細(xì)則》進(jìn)行加密，加密箍筋可采用12mm～16mm帶肋鋼筋，但錨固于蓋梁、承臺部分的加密鋼筋采用螺旋箍筋欠妥，施工單位反映由于蓋梁中鋼筋原有鋼筋很多，螺旋筋布置十分困難，建議采用環(huán)形箍筋為宜。

3、關(guān)于地震與橋梁的加固

地震與橋梁加固涉及兩個(gè)方面，一是震后的橋梁加固，二是對抗震能力不足的老橋進(jìn)行加固。玉樹地震后，為保證玉樹災(zāi)區(qū)重建中的交通運(yùn)輸暢通，交通部要求對國道214線、省道S308線等公路進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查,相關(guān)調(diào)查表明徹底震毀橋梁所占比例極少，但需要加固的橋梁很多，其中部分橋梁加固十分斟難，只能采取臨時(shí)加固保通方案(后期拆除重建)，這一結(jié)果基本與汶川公路調(diào)查結(jié)果相吻合。

尚未發(fā)生震害地區(qū)早年修建的老橋，抗震能力不足問題十分普遍，這與人類不斷進(jìn)步的工程技術(shù)研究有關(guān)，但關(guān)于現(xiàn)有老橋抗震能力不足并未得到高度重視，這與橋梁加固技術(shù)難度大、加固費(fèi)用高有直接關(guān)一系，而且加固后短期內(nèi)并看不到直接經(jīng)濟(jì)效益。事實(shí)上在過度的景觀要求下，近年來修建的城市人行天橋抗震缺陷問題最為嚴(yán)重，其中抗震構(gòu)上造措施缺陷是難以彌補(bǔ)的，常見問題是橋墩蓋梁不僅缺少橫向限位擋塊，其蓋梁寬度僅為45cm，地震作用下只需要少量位移的情況下，很容易造成落梁事故，遺憾的是這樣的設(shè)計(jì)在不同地區(qū)、不同城市還在不斷的復(fù)制(見下圖2為某人行天橋)。

圖2某人行天橋，上部結(jié)構(gòu)簡支、下部結(jié)構(gòu)獨(dú)柱墩、無擋塊、蓋梁寬44cm

由于現(xiàn)澆連續(xù)梁技術(shù)的成熟，目前各地新建了很多該類橋梁，特別是互通區(qū)匝道橋梁使用非常普遍，而該類橋梁的橋墩不設(shè)置蓋梁，由上部連續(xù)梁內(nèi)部的中橫粱代替，造成橋墩部分對橋梁上部結(jié)構(gòu)缺乏橫向約束。建議對該類已建成的橋梁抗震性能予以關(guān)注，后期抗震加固可以在中橫梁底部采取植筋的方式現(xiàn)澆橫向限位擋塊(見圖3)，以提高抗震性能。

圖3增加橫向限位擋塊的設(shè)計(jì)圖

4、結(jié)束語

常規(guī)性梁橋設(shè)計(jì)構(gòu)造上應(yīng)首先滿足地震時(shí)上部結(jié)構(gòu)的橫向位移的要求，采用合理的支承長度以及防落梁構(gòu)造措施，并設(shè)置限位裝置；其次應(yīng)注意支座的類型與合理布置；其三是注意橋墩的延性構(gòu)造細(xì)節(jié)。隨著《公路橋梁抗震細(xì)則》的頒布和推廣，橋梁抗震設(shè)計(jì)必然進(jìn)入一個(gè)新的層面。

篇3

Abstract： Based on Midas software， the FEM of Yinchuan Binggou Yellow River highway bridge was established. The analysis of seismic resistance capacity of 4×40m T-shaped continuous bridge was carried on with time history method. The results show that in the case of earthquake action E2， concrete at the bottom of each bridge pier enters into the plastic stage， and the bridge's seismic performance can meet the code's requirements.

關(guān)鍵詞： 大跨度；連續(xù)T梁；抗震；時(shí)程；有限元模型

Key words： long-span；T-shaped continuous bridge；seismic resistance；time history method；FEM

中圖分類號：U442.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）22-0117-02

1 工程概況

寧夏銀川兵溝黃河大橋及連接線工程起點(diǎn)接現(xiàn)賀蘭山東路終點(diǎn)，向東跨越黃河，終點(diǎn)止于寧蒙省界。大橋引橋總長1432m，其中典型跨徑布置為4×40m的連續(xù)T梁橋。上部結(jié)構(gòu)T梁高2.5m，單幅橋橫向布置7片梁，每片梁肋間距2.15m。下部結(jié)構(gòu)為蓋梁柱式墩，承臺樁基礎(chǔ)。橋墩蓋梁為矩形截面，墩身為雙柱墩，圓形截面，直徑1.8m。支座采用板式橡膠支座。

2 有限元模型和計(jì)算方法

利用Midas建立4×40m的連續(xù)T梁橋的有限元模型，采用空間梁單元模擬橋墩、主梁；支座采用彈性連接進(jìn)行連接，其恢復(fù)力模型為線性[1]，模型共有972個(gè)節(jié)點(diǎn)，

1282個(gè)單元。

根據(jù)橋梁安評報(bào)告，橋梁基本地震動加速度峰值A(chǔ)取0.248g，場地系數(shù)Cs取1.0，重要性系數(shù)Ci取1.7，特征周期Tg為0.55s。時(shí)程分析采用安評報(bào)告地震波，經(jīng)調(diào)整得到和設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜兼容的E2地震下3條人工模擬地震波（圖1）。

計(jì)算中地震響應(yīng)分析采用CQC方法，當(dāng)振型階數(shù)達(dá)到54階時(shí)，三個(gè)方向的振型參與質(zhì)量分別為97.79%、97.94%和91.85%，因此，本文選取前60階進(jìn)行計(jì)算。

3 抗震能力分析

按照《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》[2]（以下簡稱規(guī)范），地

震作用效應(yīng)最不利的荷載組合為1.0×永久作用+1.0×三向地震作用，其中地震作用效應(yīng)取3條擬合E2地震波的計(jì)算結(jié)果中的最大值。在地震荷載作用下，上部主梁一般極少發(fā)生破壞[3]，因此本文僅對橋墩進(jìn)行抗震分析。

3.1 橋墩內(nèi)力 經(jīng)過計(jì)算，各橋墩的最大面內(nèi)外彎矩大致在13247～34313kN-m，超過了各自的屈服彎矩10170～12956kN-m，說明各個(gè)橋墩墩底截面已經(jīng)進(jìn)入塑性狀態(tài)，需進(jìn)行橋墩的塑性轉(zhuǎn)動能力、墩頂位移和抗剪性能驗(yàn)算。

3.2 橋墩墩底塑性轉(zhuǎn)動能力 根據(jù)規(guī)范規(guī)定的有效截面抗彎剛度進(jìn)行折減，利用式（1）進(jìn)行等效塑性鉸長度Lp的計(jì)算，通過Midas模型進(jìn)行等效屈服曲率？準(zhǔn)y和極限曲率？準(zhǔn)u的計(jì)算，最后利用式（2）進(jìn)行容許轉(zhuǎn)角θu的計(jì)算。從表1的計(jì)算結(jié)果可知，考慮墩底截面剛度折減后的Midas模型計(jì)算的橋墩墩底塑性轉(zhuǎn)角θp均小于容許轉(zhuǎn)角θu，表明橋墩的塑性轉(zhuǎn)動能力可滿足規(guī)范要求。

L■=min0.08H+0.022fyds？叟0.044fyds ■b（1）

θu=Lp（？準(zhǔn)u-？準(zhǔn)y）/K（2）

3.3 橋墩墩頂位移驗(yàn)算 根據(jù)規(guī)范規(guī)定，E2地震作用下，需考慮結(jié)構(gòu)周期系數(shù)c對縱、橫橋向位移δ進(jìn)行放大作用，其計(jì)算結(jié)果應(yīng)小于式（3）所示的容許位移。驗(yàn)算結(jié)果見表2。從表中可知，橋墩墩頂縱、橫橋向位移均可滿足規(guī)范要求。

Δu=■H2？準(zhǔn)y+H-■θu（3）

3.4 橋墩抗剪驗(yàn)算 根據(jù)規(guī)范的驗(yàn)算公式（4～6）進(jìn)行橋墩抗剪驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果見表3。從表中可知，橋墩墩底截面縱、橫橋向抗剪強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求。

Vc0？燮？準(zhǔn)0.0023■A■+V■（4）

Vs=0.1■fyh？燮0.067■Ac（5）

Vc0=？準(zhǔn)0■（6）

4 結(jié)語

典型跨徑布置為4×40m連續(xù)T梁橋的寧夏銀川兵溝黃河大橋引橋在E2地震作用下，橋墩墩底截面均已進(jìn)入塑性狀態(tài)，橋墩的抗剪強(qiáng)度和變形均可滿足《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]范立礎(chǔ)，卓衛(wèi)東.橋梁延性抗震設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社，2001.

篇4

關(guān)鍵詞: 抗震分析; 自振特性分析; 時(shí)程分析，反應(yīng)譜分析

中圖分類號：TU591 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

概述

非洲贊比亞西爾馬大橋位于連接贊比亞西方省Senanga市與Sesheke市道路的贊比西河上，距離首都800公里, 本橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用方案為66m+120m+66m三跨PC箱型連續(xù)梁，箱梁全長252m,橋梁全長265m。施工采用掛藍(lán)懸臂澆筑混凝土施工方法。橋面寬：1.5m（人行道板）+凈7.50m（行車道）+1.5m（人行道板）；橋兩邊跨設(shè)0.5%反向縱坡直線。下部基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)，下部墩采用矩形墩，墩高均為60米。 根據(jù)JTG/TB02-01-2 008公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則,該橋抗震設(shè)防類別屬于B類,抗震設(shè)防目標(biāo):E1地震作用( 重現(xiàn)期為50-100年)下不應(yīng)發(fā)生損傷;E2 地震作用( 重現(xiàn)期475-2000年)下不致倒塌或產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)構(gòu)損傷, 經(jīng)臨時(shí)加固后可供維持應(yīng)急交通使用; 橋梁抗震的重要性系數(shù): E1 地震采用 0.5。

2有限元建模

采用有限元分析軟件Midas/Civil對希爾馬大橋進(jìn)行抗震計(jì)算。根據(jù)JTG/TB02-01-2 0085公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則5.3建模原則,該模型采用中上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)均采用空間桿系單元模擬，在墩梁結(jié)合處采用彈性連接模擬支座的力學(xué)特性。該橋的質(zhì)量分布采用成橋使用階段的模型模擬，結(jié)構(gòu)的阻尼比為0.05。該模型的板式橡膠支座采用彈性連接模擬。橋梁下部未考慮樁同作用。有限計(jì)算模型見圖1。

圖1有限元單元模型

（圖中從左致右依次為1#-2#墩）

3 計(jì)算與分析

3. 1 自振特性分析

運(yùn)用里茲向量法求出的是與三個(gè)平動地震動輸入直接相關(guān)的前10階振型，X 平動、Y 平動、Z 平動三個(gè)方向的振型參與質(zhì)量分別是99.26％，97.53%，95.25％。滿足規(guī)范上振型參與質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量90%以上的要求。振型 1 是順橋向的第一階振型，振型2豎向第一階反對稱振型，振型3是橫橋向的第一階振型，振型4豎向第一階對稱振型。該橋采用板式橡膠支座支座, 屬于規(guī)則C類橋梁。根據(jù)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范, E1地震作用時(shí)采用多振型反應(yīng)譜法和非線性時(shí)程計(jì)算方法。為了保證計(jì)算精度,滿足振型在各個(gè)方向上參與質(zhì)量之和達(dá)到要求, 對該橋進(jìn)行了30階振動頻率和振型分析。由于一般情況下結(jié)構(gòu)由前幾階自振頻率和振型起控制作用, 文中只列出該橋前10階振動頻率和前4階振型。如表1和圖2所示。

表1 橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性計(jì)算結(jié)果

第一階振型（順橋向一致平動）第二階振型（豎向一階反對稱）

第三階振型（橫橋向一致平動） 第四階振型（豎向一階對稱）

圖2 西爾馬大橋前四階振型圖

計(jì)算結(jié)果表明: 該自振頻率不是很大,說明該橋整體剛度一般。橋梁主要以主梁和橋墩橫向及縱向震動為主，在該橋的前10階振型中縱向振動占4個(gè),橫向振動占6個(gè),并且第1階振型表現(xiàn)主梁隨墩縱漂, 表明該橋梁的整體縱向剛度較弱于該橋的橫向剛度和豎向剛度較弱。該橋橋墩較高, 且連續(xù)墩與主梁采用板式橡膠支座連接,因此主梁縱向和橫向模態(tài)居多。

3.2反應(yīng)譜分析

從該橋的自振特性和振型參與質(zhì)量表30階振型X平動、Y 平動、Z平動三個(gè)方向的振型參與質(zhì)量分別是99.26％，97.53%，95.25％, 滿足規(guī)范上振型參與質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量90%以上的要求。滿足JTG/TB-02-01-2008《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》6.4.3條關(guān)于考慮的振型階數(shù)的要求。且30階振型自振周期分布較密集,符合公式6.4.2-3的要求, 應(yīng)選擇CQC法進(jìn)行振型組合。E1 地震作用下設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜依據(jù) JT G/ T B-02-01-2008《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》6.5. 2 條確定?？拐鹬匾韵禂?shù)0.5, 場地系數(shù) 1.2,特征周期0.35s,阻尼系數(shù)0.05 ,阻尼調(diào)整系數(shù)1.0,地震動峰值加速度0.1g,反應(yīng)譜峰值Smax = 0.11g。反應(yīng)譜曲線如圖3所示。

圖 3 E1 地震作用下設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜曲線

反應(yīng)譜計(jì)算分別考慮順橋向和橫橋向的水平地震作用, 計(jì)算得到的墩底內(nèi)力如表2所示。

表2 墩底內(nèi)力結(jié)果

由地震反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果可以看出,橋梁在順橋向及橫橋向地震作用下，兩墩墩底的彎矩和剪力均相差不大，在橫向地震作用下兩墩墩底的彎矩較縱向墩底的彎矩小很多，而在橫橋向地震作用下墩底剪力比縱向地震作用下較大。

3.3時(shí)程分析

E1 地震作用下邊界非線性時(shí)程分析由于未作地震安全性評價(jià),現(xiàn)根據(jù)規(guī)范要求合成與設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜兼容的設(shè)計(jì)加速度時(shí)程。計(jì)算采用原始地震波為 1940年E1Cent r o Sit e 大地震的地震動加速度時(shí)程記錄,最大峰值0.3569g,記錄時(shí)長 53.72s?，F(xiàn)調(diào)整增幅系數(shù)0.252, 時(shí)域系數(shù)1.34 生成E1地震波。邊界非線性分析采用振型疊加法, 阻尼計(jì)算采用瑞利阻尼。定義瑞利阻尼時(shí)采用1階振型和3階振型的自振頻率。順橋向 E1 地震作用下2號墩底彎矩時(shí)程曲線如圖4所示。

通過比較2號墩墩底在E1作用下反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法在縱向地震作用下的彎矩可知，反應(yīng)譜法計(jì)算的墩底內(nèi)力比時(shí)程分析法的內(nèi)力值較為接近，說明地震波與設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜兼容，最終的計(jì)算結(jié)果依據(jù)應(yīng)以反應(yīng)譜法的計(jì)算結(jié)果為驗(yàn)算依據(jù)。且兩個(gè)墩墩底的受力相差不大，2號墩內(nèi)力稍大于1號墩，故應(yīng)將2號墩底截面作為指導(dǎo)控制配筋的截面。

4 結(jié)論

(1) 西爾馬大橋主要的振動形式為橫向振動和縱向振動，且模態(tài)第1階為主梁隨橋墩縱漂。

(2) 地震波與設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜兼容，最終的計(jì)算結(jié)果依據(jù)應(yīng)以反應(yīng)譜法的計(jì)算結(jié)果為驗(yàn)算依據(jù)。且兩個(gè)墩墩底截面的受力相差不大，2號墩稍大于1號墩，故應(yīng)將2號墩底截面作為指導(dǎo)控制配筋的截面。

參考文獻(xiàn)

[1] JTJ 004-89 , 公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 [S] .

[2] 范立礎(chǔ).橋梁抗震 [M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1996 .

篇5

關(guān)鍵詞：抗震細(xì)側(cè)；E1地震作用；E2地震作用；延性構(gòu)件；能力保護(hù)構(gòu)件

1概述

20世紀(jì)以來，我國發(fā)生了多次強(qiáng)烈的地震，造成了包括橋梁在內(nèi)的一系列民生建設(shè)的重大破壞。

隨著公路橋梁建設(shè)的迅速發(fā)展，以及地震工程和工程抗震技術(shù)的深入研究，《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ004-89) [1] (以下簡稱“舊規(guī)范”)在許多方面彰顯不足。針對《舊規(guī)范》的不足，交通運(yùn)輸部于2008年8月29日頒布了《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T B02-01-2008) [2] (以下簡稱“新抗震細(xì)則”)，并于同年10月1日開始實(shí)施。

新《抗震細(xì)側(cè)》修訂了相應(yīng)的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)防目標(biāo)，采用了兩水平設(shè)防、兩階段設(shè)計(jì)的抗震思想，由單一的強(qiáng)度抗震設(shè)計(jì)修改為強(qiáng)度和變形雙重指標(biāo)控制的抗震設(shè)計(jì)。針對兩個(gè)設(shè)防水平的地震參數(shù)來確定地震作用，對發(fā)生概率較高的低水準(zhǔn)地震采用彈性設(shè)計(jì)方法驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，保證結(jié)構(gòu)有足夠的承載能力。而對發(fā)生概率較低的高水準(zhǔn)地震采用彈塑性設(shè)計(jì)方法驗(yàn)算屈服后強(qiáng)度和變形，保證橋梁結(jié)構(gòu)位移和變形小于規(guī)定的容許值。

2工程概況

以某一級公路大橋中的一聯(lián)進(jìn)行分析，如圖1所示。上部結(jié)構(gòu)為4×25m的先簡支后橋面連續(xù)的預(yù)應(yīng)力砼小箱梁，橋?qū)?7m。下部結(jié)構(gòu)為樁柱式橋墩，橋墩高8.5m，樁徑1.5m，柱徑1.3m。中墩采用聚四氟乙烯板式橡膠支座，邊墩采用板式橡膠支座。

由《巖土工程勘察報(bào)告》可知，該橋地震基本烈度為7度，水平向設(shè)計(jì)基本地震加速度峰值A(chǔ)=0.1g，場地類別屬于Ⅲ類，分區(qū)特征周期為0.45s。由新《抗震細(xì)側(cè)》可知，設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜特征周期Tg=0.65s；抗震設(shè)防類別為B類；阻尼比：0.05；在E1地震作用下，抗震重要性系數(shù)Ci =0.5；在E2地震作用下，抗震重要性系數(shù)Ci =1.7；抗震采用反應(yīng)譜分析，該橋?qū)儆谝?guī)則橋梁。

橋梁樁基的樁土作用采用midas“土彈簧”模擬，板式橡膠支座采用線性彈簧單位模擬。

由新《抗震細(xì)側(cè)》可知，在E1地震作用下，如橋墩在河道上，需考慮地震動水壓力。由于此橋?yàn)榭缇€橋，橋墩不在河道上，故不需考慮地震動水壓力?？拐鹪O(shè)防烈度為7度時(shí)，一般情況下，公路橋梁可只考慮水平向地震作用，直線橋可分別考慮順橋向X和橫橋向Y的地震作用。

在進(jìn)行橋梁抗震分析時(shí)，E1地震作用下，常規(guī)橋梁的所有構(gòu)件抗彎剛度均按毛截面計(jì)算。在E1地震作用下，結(jié)構(gòu)按彈性進(jìn)行分析，并按現(xiàn)行的公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行墩柱、樁基的強(qiáng)度驗(yàn)算。

E1偶然組合作用下，墩柱最大彎矩為2517 ，對應(yīng)軸力為4462.7 kN；樁基最大彎矩為3061.7，對應(yīng)軸力為4653.5 kN。

墩柱配筋 ，配筋率 ，

；

滿足要求。

樁基配筋 ，配筋率 ，

；

滿足要求。

4E2地震作用分析

由新《抗震細(xì)側(cè)》可知，E2地震作用下，抗震重要性系數(shù)Ci =1.7；不需考慮地震動水壓力和地震主動土壓力。

在E2地震作用下，鋼筋混凝土墩柱橋梁，抗震設(shè)計(jì)時(shí)，墩柱宜作為延性構(gòu)件設(shè)計(jì)。橋梁基礎(chǔ)、蓋梁、梁體和結(jié)點(diǎn)作為能力保護(hù)構(gòu)件，墩柱的抗剪強(qiáng)度按能力保護(hù)原則設(shè)計(jì)。其中，該橋順橋向墩柱底部區(qū)域?yàn)樗苄糟q區(qū)域，橫橋向墩柱頂、底部區(qū)域?yàn)樗苄糟q區(qū)域。

在進(jìn)行橋梁抗震分析時(shí)，E2地震作用下，延性構(gòu)件的有效截面抗彎剛度應(yīng)按下式(1)計(jì)算，但其它構(gòu)件抗彎剛度仍按毛截面計(jì)算[2]。

Ec * Ieff = My /φy式(1)

式中：

Ec ：橋墩的彈性模量 (kN/m2)

Ieff ：橋墩有效截面抗彎慣性矩 (m4)

My ：屈服彎矩 ( )

φy ：等效屈服曲率 (1/m)

4.1延性構(gòu)件的有效截面抗彎剛度計(jì)算

采用Midas Civil 定義墩柱鋼筋和混凝土本構(gòu)模型后，采用“彎矩―曲率曲線”功能計(jì)算橋墩屈服彎My和等效屈服曲率φy ，如圖2所示。

由計(jì)算可得， My =4609.8，φy = 0.00263 (1/m)，Ec =3.0E7，

Ieff = My /( Ec *φy ) = 0.0584 m4；

原截面抗彎慣性矩I=0.1402 m4，抗彎慣性矩調(diào)整系數(shù)Ieff / I = 0.417。

4.2變形驗(yàn)算

在E2地震作用下，一般情況需驗(yàn)算潛在塑性鉸區(qū)域沿順橋向和橫橋向的塑性轉(zhuǎn)動能力，但對于規(guī)則橋梁，可只需驗(yàn)算橋墩墩頂?shù)奈灰啤?/p>

4.2.1順橋向容許位移計(jì)算

由新《抗震細(xì)側(cè)》7.4.3條計(jì)算可得，墩柱等效塑性鉸長度Lp=86.4cm。由圖2得，極限曲率φu = 0.012(1/m)。

塑性鉸區(qū)域的最大容許轉(zhuǎn)角θu=Lp(φu-φy)/ K=0.004弧度，橋墩順橋向容許位移計(jì)算u = H2φy/3 + (H-Lp/2)θu = 9.6 cm。

4.2.2橫橋向容許位移計(jì)算

由新《抗震細(xì)側(cè)》7.4.8條，對于雙柱墩，橫橋向的容許位移可在蓋梁處施加水平力F，進(jìn)行非線性靜力分析。當(dāng)墩柱的任一塑性鉸達(dá)到其最大容許轉(zhuǎn)角時(shí)，蓋梁處的橫向水平位移即為容許位移。

橫向容許位移可采用Midas/Civil 的Pushover分析方法計(jì)算。由于塑性鉸的容許轉(zhuǎn)動能力對應(yīng)的是塑性鉸的極限狀態(tài)，通過對結(jié)構(gòu)做Pushover分析得到墩的底部塑性鉸在第N步加載達(dá)到極限狀態(tài)，此時(shí)第N步加載對應(yīng)的墩頂處橫向水平位移為容許位移。

從“Pushovr圖形結(jié)果”可知，當(dāng)加載到第32步時(shí)墩柱右上塑性鉸達(dá)到其最大容許轉(zhuǎn)角。從“Pushovr曲線”的文本輸出可知，第32步的墩頂位移為21.3cm（即為橫橋向單柱墩容許位移）。

結(jié)構(gòu)的自振周期T=2.53s>Tg= 0.65s，由新《抗震細(xì)側(cè)》表6.7.6得，調(diào)整系數(shù)c=1.0。順橋向E2作用下墩頂位移d=c*δ=14.4cm>u=9.6cm，不滿足要求；橫橋向E2作用下墩頂位移d= c*δ=6.5cm

5橋墩抗剪驗(yàn)算

在E2地震作用下，墩柱的抗剪按能力保護(hù)原則設(shè)計(jì)。

5.1 延性墩柱剪力設(shè)計(jì)值Vco計(jì)算

對于本橋，延性墩柱的底部區(qū)域?yàn)闈撛谒苄糟q區(qū)域。墩柱底部按實(shí)配鋼筋的正截面抗彎承載能力Mxzc =4795.4，按實(shí)配鋼筋計(jì)算的剪力設(shè)計(jì)值V’co=φ0 Mxzc/Hn=677 ，由Midas計(jì)算模型得，在E2作用下順橋向墩柱底剪力Vo=627.8 。因此，延性墩柱剪力設(shè)計(jì)值為Vco=627.8 （取小值）。

5.2 延性墩柱抗剪強(qiáng)度Vu計(jì)算

由新《抗震細(xì)側(cè)》7.3.4條可得，

墩柱底部實(shí)配箍筋為φ10@10cm， 不滿足要求，改用Φ12@10cm，Vu=690 kN> Vco，滿足要求。

6橋墩樁基驗(yàn)算

在E2地震作用下，橋墩樁基按能力保護(hù)原則設(shè)計(jì)。

由新《抗震細(xì)側(cè)》第6.8.5條，橋墩樁基沿順橋向和橫橋向的彎矩、剪力和軸力設(shè)計(jì)值應(yīng)根據(jù)墩柱底部可能出現(xiàn)塑性鉸處沿順橋向、橫橋向的彎矩承載能力（考慮超強(qiáng)系數(shù)）、剪力設(shè)計(jì)值和軸力設(shè)計(jì)值來計(jì)算，建立樁基單獨(dú)模型，并按現(xiàn)行的公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)規(guī)定驗(yàn)算樁基的強(qiáng)度。

樁基單獨(dú)模型計(jì)算得，樁基最大彎矩Md=5898 ，(原全橋模型E2作用下，樁基最大彎矩M=6761 ，墩柱產(chǎn)生彈塑性變形，故取小值)，對應(yīng)的軸力Nd = 4640 kN。

7結(jié)語

篇6

關(guān)鍵字：矮塔斜拉橋； 橋梁抗震； 反應(yīng)譜； midas； civil

Abstract: this paper briefly introduces the short towers cable-stayed bridge, this paper discusses the design of the bridge seismic response spectrum analysis, and through the finite element software for the south fei rivers short towers cable-stayed bridge to power calculation, understand bridge seismic performance.

Keyword: short towers cable-stayed bridge; Bridge seismic; Response spectrum; Midas; civil

中圖分類號：TU973+.31文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

0 引言

我國位于歐亞地震帶上，是一個(gè)多地震國家。突發(fā)的地震災(zāi)害不僅造成了大量人員傷亡以及大量地面構(gòu)筑物和各種設(shè)施的破壞與倒塌，同時(shí)作為交通線關(guān)鍵工程的鐵路橋、公路橋、城市高架橋等也遭到了損壞，給后續(xù)救助工作造成了極大的困難，因此橋梁抗震分析十分重要。

在橋梁抗震分析方法的發(fā)展過程中，早期采用的是簡化的靜力法，后相繼出現(xiàn)了以動力法為基礎(chǔ)的反應(yīng)譜理論、動力法的動態(tài)時(shí)程分析法。本文通過反應(yīng)譜分析方法對矮塔斜拉橋進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算。

1 矮塔斜拉橋的結(jié)構(gòu)特性

矮塔斜拉橋是介于連續(xù)梁橋和斜拉橋之間新的橋梁結(jié)構(gòu)形式，由受彎的主梁、受拉的拉索、受壓的主塔構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)特性兼具以上兩種橋型之特點(diǎn)，拉索對主梁提供豎向分力和水平分力，豎向分力相當(dāng)于豎向彈性支撐，水平分力相當(dāng)于對梁體施加預(yù)應(yīng)力，能夠降低梁高，節(jié)省預(yù)應(yīng)力鋼筋。矮塔斜拉橋橋塔高度小，主梁剛度大，布索區(qū)短，全橋剛度由梁體提供，拉索僅起加強(qiáng)作用，可以看做是體外預(yù)應(yīng)力，橋塔上多采用索鞍形式，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般對稱，塔底不平衡彎矩較小，整體受力較均衡。與梁橋相比, 這種橋型造型美觀, 結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)內(nèi)容豐富,而且具有良好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo), 越來越顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2 反應(yīng)譜分析法

反應(yīng)譜方法是目前橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中廣泛使用的方法。它是不同固有頻率的單質(zhì)點(diǎn)體系在一定阻尼系數(shù)的條件下輸入不同地面運(yùn)動后得到的位移反應(yīng)、速度反應(yīng)和加速度反應(yīng)最大值的平滑處理過的外包絡(luò)曲線。本文按《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T B02-01-2008）進(jìn)行E1地震作用下的彈性反應(yīng)譜分析。

3 反應(yīng)譜分析法工程實(shí)例

3.1 橋梁概況

南淝河大橋位于安徽省合肥市正在規(guī)劃中環(huán)巢湖道路跨南淝河處，是濱湖新區(qū)、巢湖之間連接的重要橋梁。主橋?yàn)槿L220m雙塔單索面全預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋，跨徑布置為60m+100m+60m，塔梁固結(jié)，墩梁分離體系。主梁單幅采用單箱三室大懸臂截面，主塔計(jì)算塔高18米，采用實(shí)心矩形截面，斜拉索單排布置，由光圓鋼絞線組成，下部結(jié)構(gòu)主墩采用帶擴(kuò)大頭橢圓柱實(shí)體墩，主墩基礎(chǔ)采用9根直徑2.0米的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，按摩擦樁設(shè)計(jì)。本文運(yùn)用有限元軟件MIDAS建立了上部結(jié)構(gòu)動力計(jì)算模型（如下圖）：

圖1 南淝河大橋全橋有限元模型

3.2 反應(yīng)譜曲線

根據(jù)前文介紹的南淝河大橋的基本情況，同時(shí)參照抗震設(shè)計(jì)細(xì)則，其場地類型確定為Ⅰ類，抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度，水平向設(shè)計(jì)基本地震加速度峰值為0.10g，特征周期為0.25s，阻尼比為0.05，E1地震作用下的反應(yīng)譜曲線如下圖所示：

圖2設(shè)計(jì)反應(yīng)譜曲線

3.3 南淝河大橋的反應(yīng)譜分析

利用上述的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜曲線，對南淝河大橋的動力計(jì)算模型分別進(jìn)行三個(gè)方向即順橋向、橫橋向、豎橋向的加速度值輸入，考慮前300階振形的影響，經(jīng)過計(jì)算，得到譜分析結(jié)果。就某一方向的反應(yīng)值而言，采用的是CQC的振型組合方法。至于三個(gè)方向的地震動作用下的振型組合，則采用SRSS的方法進(jìn)行組合。這里規(guī)定整體坐標(biāo)系的X向?yàn)轫槝蛳?，Y向?yàn)闄M橋向，Z向?yàn)樨Q向。

3.3.1 順橋向地震作用結(jié)果與分析

在順橋向水平地震作用下各主要控制截面的內(nèi)力反應(yīng)值和各主要節(jié)點(diǎn)的位

移反應(yīng)值如下所示：

由上表可以看出：

順橋向水平地震作用下，本橋主要表現(xiàn)為橋塔的縱向振動和主梁的豎向振動，同時(shí)主梁縱向也有位移，但相比豎向還是比較小。

橋梁在順橋向水平地震作用下，主梁的軸力、豎向彎矩、豎向剪力都很大，而橫橋向的剪力、彎矩和位移都是零，表示其對橫橋向影響很小。

由于采用塔梁固結(jié)的形式，地震作用下主塔根部處的軸力、剪力、彎矩都較主梁大很多。

3.3.2 橫橋向地震作用結(jié)果與分析

在橫橋向水平地震作用下各主要控制截面的內(nèi)力反應(yīng)值和各主要節(jié)點(diǎn)的位移反應(yīng)值如下所示：

由上表可以看出：

橫橋向水平地震作用下，本橋主要表現(xiàn)為橋塔的橫向振動和主梁的橫向彎曲。

在橫橋向水平地震作用下，主梁的軸力、豎向剪力、豎向彎矩都很小。

位移方面均表現(xiàn)為橫橋向的位移，順橋向和豎向位移均較小。

3.3.3 豎向地震作用結(jié)果與分析

在豎向地震作用下各主要控制截面的內(nèi)力反應(yīng)值和各主要節(jié)點(diǎn)的位移反應(yīng)值如下所示：

從上表可以看出：

豎向地震作用下，本橋主要表現(xiàn)為主塔的縱向振動和主梁的豎向振動。主梁的縱向位移較豎向位移小很多。

在豎向地震作用下，主梁的軸力、豎向彎矩、豎向剪力都非常大。

無論是塔柱還是主梁，在豎向地震作用下，其橫橋向的彎矩、剪力和位移值都很小。

3.3.4 三向地震作用結(jié)果與分析

在三向地震作用下各主要控制截面的內(nèi)力反應(yīng)值和各主要節(jié)點(diǎn)的位移反應(yīng)值如下所示：

由上表可以看出:在三向地震作用下，本橋表現(xiàn)出明顯的三向受力特征，塔梁固結(jié)處軸力、剪力、彎矩均較主梁大很多，這在設(shè)計(jì)時(shí)需注意。

4 結(jié)論

從上文中我們通過反應(yīng)譜分析法可以得到塔梁固結(jié)、墩梁分離體系矮塔斜拉橋在順橋向、橫橋向、豎向以及三向作用下的地震反應(yīng)，這使我們更近一步了解到矮塔斜拉橋的抗震性能，同時(shí)也為設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

李新杰，矮塔斜拉橋淺談[J]，公路交通科技應(yīng)用技術(shù)版。

劉洪亮，反應(yīng)譜法在橋梁抗震設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]，規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2010

李永樂等，矮塔斜拉橋地震反應(yīng)譜分析[J],西南公路，2010

高遠(yuǎn)等，淺談橋梁抗震分析方法[J],吉林交通科技，2009

漆景星，淺談橋梁抗震設(shè)計(jì)及抗震加固技術(shù)[J],城市建設(shè)理論研究

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關(guān)鍵詞：橋梁震害；抗震設(shè)計(jì)；延性構(gòu)件；抗震措施；能力保護(hù)

中圖分類號： TU973+.31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

一、橋梁的主要震害形式

橋梁的震害有多種形式，根據(jù)破壞的部位不同，主要可分為上部結(jié)構(gòu)震害、附屬工程震害、墩柱震害、基礎(chǔ)震害四種。

1.上部結(jié)構(gòu)震害

橋梁上部結(jié)構(gòu)震害按照產(chǎn)生的原因不同，可以分為結(jié)構(gòu)震害和位移震害。其中較常見的是位移震害。

橋梁位移震害主要表現(xiàn)為上部結(jié)構(gòu)的縱向位移、橫向位移以及扭轉(zhuǎn)。一般來說，設(shè)置伸縮縫的地方比較容易發(fā)生位移震害。如果上部結(jié)構(gòu)的位移超過了墩、臺等的支撐面，則會發(fā)生更為嚴(yán)重的落梁震害。落梁的原因一般是因?yàn)橄尬粯?gòu)造失效、墩臺支承寬度不足造成，在地震力作用下，梁、墩臺間出現(xiàn)較大相對位移，導(dǎo)致落梁現(xiàn)象的發(fā)生。

2. 附屬工程震害

在地震力的作用下，主梁與下部墩柱、橋臺連接部較為薄弱，若附屬工程沒有足夠的限位能力將出現(xiàn)震害。主要表現(xiàn)為支座脫離主梁、擋塊碰撞破壞、伸縮縫拉斷、臺胸墻剪斷等震害。

3.墩柱震害

墩柱的震害主要表現(xiàn)出兩種特征：塑性鉸破壞和剪切破壞。柔橋墩柱在地震力作用下，墩柱底部、頂部和墩柱與系梁連接處容易出現(xiàn)塑性鉸，塑性鉸混凝土在反復(fù)地震作用下剝落、破碎，失去承載能力。剛性墩在地震作用下，變形能力小，主要以強(qiáng)度抵抗地震力，當(dāng)?shù)卣鹆Τ狡涑休d強(qiáng)度時(shí)，出現(xiàn)剪切破壞。

4.基礎(chǔ)震害

基礎(chǔ)的破壞與地基的破壞緊密相關(guān)，地基破壞一般都會導(dǎo)致基礎(chǔ)的破壞。地基破壞主要是指地震作用下因砂土液化、不均勻沉降及穩(wěn)定性不夠等因素導(dǎo)致的地層水平滑移、下沉、斷裂。基礎(chǔ)的震害主要表現(xiàn)為移位、傾斜、下沉、折斷和塑性鉸破壞。

二、橋梁抗震設(shè)計(jì)原則

橋梁抗震設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)有3個(gè)：橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和延性。合理的抗震設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)出來的結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、剛度和延性等指標(biāo)上有最佳的組合，使結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)防的目標(biāo)。總結(jié)抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能遵循的一些基本原則有以下幾點(diǎn)。

1. 體系的整體性和規(guī)則性

橋梁的整體性要好，上部結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能是連續(xù)的。較好的整體性可防止結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震時(shí)被震散掉落，同時(shí)它也是結(jié)構(gòu)發(fā)揮空間作用的基本條件。無論是在平面還是在立面上，結(jié)構(gòu)的布置都要力求使幾何尺寸、質(zhì)量和剛度均勻、對稱、規(guī)整，避免突然變化。

2. 提高結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的強(qiáng)度和延性

橋梁結(jié)構(gòu)的地震破壞源于地震動引起的結(jié)構(gòu)振動，因此抗震設(shè)計(jì)要力圖使從地基傳入結(jié)構(gòu)的振動能量為最小，并使結(jié)構(gòu)具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、剛度和延性，以防止不能容忍的破壞。剛度的選擇有助于控制結(jié)構(gòu)變形；強(qiáng)度與延性則是決定結(jié)構(gòu)抗震能力的兩個(gè)重要參數(shù)。由于地震動可造成結(jié)構(gòu)的構(gòu)件周期反復(fù)變形，使其剛度與強(qiáng)度逐漸退化，因此，只重視強(qiáng)度而忽視延性絕對不是良好的抗震設(shè)計(jì)。

3. 能力設(shè)計(jì)原則

采用能力設(shè)計(jì)原則，通過強(qiáng)度安全度差異，確保結(jié)構(gòu)在大地震下以延性形式反應(yīng)，不發(fā)生脆性破壞模式。對擬定的橋梁方案，經(jīng)過初步地震作用計(jì)算，分析結(jié)構(gòu)的薄弱部位，選擇結(jié)構(gòu)塑性變形機(jī)制，確定塑性鉸位置，使預(yù)期的塑性鉸出現(xiàn)在易于發(fā)現(xiàn)和易于修復(fù)的結(jié)構(gòu)部位。在我國以前的建筑抗震設(shè)計(jì)中，普遍采用“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)思想。

4. 多道抗震設(shè)計(jì)

所謂多道抗震設(shè)防，是指在一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)體系中，一部分延性好的構(gòu)件在地震作用下，首先達(dá)到屈服，充分發(fā)揮其吸收和耗散地震能量的作用，即負(fù)擔(dān)起第一道抗震防線的作用，其他構(gòu)件則在第一道抗震設(shè)防屈服后才依次屈服，從而形成第二道、第三道或更多道抗震防線，這樣的結(jié)構(gòu)體系對保證結(jié)構(gòu)的抗震安全性是非常有效的。

三、橋梁抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

采用合理的抗震結(jié)構(gòu)體系的同時(shí)，必須重視抗震構(gòu)造措施，保證橋梁結(jié)構(gòu)在地震時(shí)按設(shè)計(jì)發(fā)揮抗震能力。在橋位選擇、橋孔布設(shè)、橋梁結(jié)構(gòu)體系的選擇、橋型布置以及橋梁結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)中可以采取以下措施以達(dá)到抗震減災(zāi)的目的。

1. 選擇合適的橋位、橋型和孔徑

選擇橋位時(shí)應(yīng)盡量避開地震危險(xiǎn)地段，充分利用地震有利地段。應(yīng)盡量采用橋梁中線與河流正交，這樣即使地震產(chǎn)生河岸滑移，影響也較小；若采用斜交，地震時(shí)極易產(chǎn)生河岸向河心滑移，會使橋梁隨之發(fā)生錯(cuò)動或扭轉(zhuǎn)破壞。從幾何線形上，盡量使橋梁位于直線上，彎橋或斜橋會使地震反應(yīng)復(fù)雜化。

在高烈度地震區(qū)應(yīng)盡可能采用規(guī)則性好的橋梁結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的布置要力求使幾何尺寸、質(zhì)量和剛度均勻、對稱、規(guī)則，避免引起突然的變化。地震區(qū)橋跨不宜太長，大跨度意味著墩柱承受的軸向力過大，從而降低墩柱的延性能力。在保證工程經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，選擇小跨徑方案，使橋墩承受的軸壓水平較低，從而獲得更佳的延性。

橋孔宜選用有利于抗震的等跨布置，并盡量避免高墩與大跨的組合。宜形體簡單、自重輕、剛度和質(zhì)量分布均勻、重心低、便于施工。

2.橋梁上部結(jié)構(gòu)的抗震措施

盡量保證結(jié)構(gòu)體系的整體性和規(guī)則性。上部結(jié)構(gòu)盡可能采用連續(xù)結(jié)構(gòu)代替簡支結(jié)構(gòu)，進(jìn)而減少伸縮縫的數(shù)量，降低落梁的可能性，同時(shí)也提高了橋上行車的舒適性。上部結(jié)構(gòu)抗震的預(yù)防措施通常有：

在梁底部加焊鋼板，或采用縱、橫向約束裝置限制梁的位移，梁與墩帽用錨栓連接，T梁在端橫隔板之間螺栓連接，曲梁橋，應(yīng)采用上、下部之間用錨栓連接的方式。橋梁的支座錨栓、銷釘、剪力鍵等應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。梁端至墩臺帽或蓋梁邊緣的距離，以及掛梁與懸臂的搭接長度必須滿足地震時(shí)位移的要求。當(dāng)采用多跨簡支梁時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)梁之間的縱、橫向聯(lián)系，將橋面做成連續(xù)，或采用先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)的構(gòu)造措施。

3. 橋梁下部結(jié)構(gòu)的抗震措施

橋臺高度宜控制在8m以內(nèi)，橋臺宜選擇在地形平坦、橫坡較緩、離主溝槽較遠(yuǎn)且地質(zhì)條件相對較好的地段，并盡量降低高度，將臺身埋置在路堤填方內(nèi)，臺周路堤邊坡腳設(shè)置漿砌片石或混凝土擋墻進(jìn)行防護(hù)，橋臺基礎(chǔ)酌留富余量。如果地基條件允許，應(yīng)盡量采用整體性強(qiáng)的T形、U形或箱形橋臺，對于樁柱式橋臺，宜采用埋置式。

利用橋墩的延性減震是當(dāng)前橋梁抗震設(shè)計(jì)中常用的方法。橋墩應(yīng)避免承受斜向土壓力。高墩宜采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，宜采用空心截面。可適當(dāng)加大樁、柱直徑或采用雙排的柱式墩和排架樁墩，樁柱間設(shè)置橫系梁等，提高其抗彎延性和抗剪強(qiáng)度。

4. 橋梁基礎(chǔ)的抗震措施

橋梁的基礎(chǔ)應(yīng)盡可能的建在可靠的地基上，應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)的整體性和剛度，同時(shí)采取減輕上部荷載等措施，以防止地震引起動態(tài)和永久的不均勻變形。在可能發(fā)生地震液化的地基上建橋時(shí)，應(yīng)采用深基礎(chǔ)，使樁或沉井穿過可能液化的土層埋入較穩(wěn)定密實(shí)的土層內(nèi)一定深度，并在樁的上部，離地面1~3m的范圍內(nèi)加強(qiáng)鋼筋布設(shè)。

四、結(jié)束語

我國是世界地震多發(fā)國家之一，具有頻度高、強(qiáng)度大、分布廣的特點(diǎn)。公路橋梁這種典型的線狀工程地震易損性較高。目前地震還不可有效的預(yù)測，只能通過研究地震對結(jié)構(gòu)的破壞規(guī)律，以此來指導(dǎo)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)具體橋梁時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體的地質(zhì)環(huán)境條件，并結(jié)合橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇恰當(dāng)?shù)目拐鹪O(shè)計(jì)手段和構(gòu)造措施，以期實(shí)現(xiàn)抗震減災(zāi)的目的。

參考文獻(xiàn)：

⑴公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則〔M〕.JTG/T B02-01-2008.北京：人民交通出版社，2008

⑵李國豪.橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與振動[M].北京：中國鐵道出版社，1992

篇8

橋梁抗震設(shè)計(jì)理論分析對于橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)來說，大部分的質(zhì)量一般集中在上部結(jié)構(gòu)、它是由梁、板、橫隔板和道路表面等組成，因此在地震中，慣性力主要集中在上部結(jié)構(gòu)。上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要受恒載、活載和溫度等而不是受地震作用的控制。由于地震產(chǎn)生的慣性力僅僅對柱、墩和基礎(chǔ)這些下部結(jié)構(gòu)施加巨大的應(yīng)力，所以柱、墩和基礎(chǔ)是抗震設(shè)計(jì)的主要部位。在橋梁結(jié)構(gòu)的能力設(shè)計(jì)中，橋梁下部設(shè)計(jì)地震慣性力可以小于由地震所產(chǎn)生的彈性慣性力，從而使下部結(jié)構(gòu)形成塑性鉸并消耗掉一部分地震能量，橋梁的其他部分提供足夠的強(qiáng)度以保證所選定的能量耗散機(jī)制能在地震中形成。對單柱式或者多鉸式橋墩，選定的能量耗散機(jī)制最好使塑性鎮(zhèn)包含在柱中而不是在基礎(chǔ)中（基腳、樁幅和樁），這是因?yàn)闄z查和修復(fù)柱比較容易。一般地，在地震中，水平剪力、軸力或中心垂直力從橋的上部結(jié)構(gòu)傳遞到柱、墩和基礎(chǔ)這些下部結(jié)構(gòu)上?？v觀以往的橋梁震害，可以說震害主要產(chǎn)生于下部結(jié)構(gòu)。即使有上部結(jié)構(gòu)破壞的情況，也往往是由于下部結(jié)構(gòu)的破壞或過大變位引起的，特別是梁式橋和連續(xù)拱橋更是如此。因此，筆者就常見的橋梁墩臺破壞方式進(jìn)行總結(jié)。對于單柱式橋墩，上部結(jié)構(gòu)放置在支座上的情況，不管地震作用的方向如何（順橋方向或橫橋方向），塑性鉸區(qū)域通常只出現(xiàn)在柱基。對多柱式橋墩，上部結(jié)構(gòu)放置在支座上的情況，當(dāng)?shù)卣鹱饔迷跈M橋方向時(shí)，塑性鉸區(qū)域可以出現(xiàn)在柱的頂部或根部。對低矮的墻式橋墩，當(dāng)?shù)卣鹱饔迷跅蚍较驎r(shí)，塑性區(qū)域可能分布在橋墩的大范圍區(qū)域。然而，當(dāng)?shù)卣鹧仨槝蚍较蜃饔?，并且上部結(jié)構(gòu)放置在支座上的情況，同柱子的情況一樣，塑性鉸出現(xiàn)在墻基。

對于某橋梁設(shè)計(jì)來說，根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001），路線所經(jīng)地區(qū)地震動峰值加速度0.05g，對應(yīng)原地震基本烈度為Ⅵ度，屬工程場地較穩(wěn)定地區(qū)。橋梁考慮按Ⅶ度設(shè)防，設(shè)計(jì)中均應(yīng)嚴(yán)格按照抗震規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先要做好橋址選擇和調(diào)查工作。除了解區(qū)域內(nèi)的地震烈度外，還應(yīng)考慮局部地區(qū)地形、地貌、地質(zhì)條件對橋梁震害的影響，對滑坡、崩塌、軟弱黏土層、可液化土層、巖石松散、破碎等不良地質(zhì)的地段，建橋選址時(shí)應(yīng)盡量避開。上部構(gòu)造應(yīng)選擇形式簡單、自重輕、結(jié)構(gòu)緊湊對稱、整體性好、剛度均勻、抗扭剛度大、重心低、各部聯(lián)結(jié)可靠的形式，并加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)部位，以防落梁。根據(jù)墩高情況適當(dāng)分聯(lián)，協(xié)調(diào)橋跨長度和高度，盡量避免一聯(lián)內(nèi)橋墩高度相差太大，以減小各部分不同性質(zhì)的振動產(chǎn)生的危害。下部構(gòu)造設(shè)計(jì)中，橋墩應(yīng)避免承受側(cè)向土壓力，一個(gè)橋墩的兩個(gè)墩柱高度避免相差太大。橋臺宜采用U型橋臺。墩臺宜放置在比較穩(wěn)定的巖層上，基礎(chǔ)埋置要適當(dāng)加深，橫坡較陡處橋臺外邊緣至凌空面要留足安全距離，以減少地面波的影響及自由振動的振幅，減小地基變形和地基失效，有利于抗震。同時(shí)，為了有效地保證橋墩在較大的地震中不發(fā)生倒塌，需要對潛在的塑性鉸區(qū)域進(jìn)行細(xì)致的細(xì)部設(shè)計(jì)，以便使塑性鉸區(qū)有足夠的延性。大量試驗(yàn)表明，在塑性鉸區(qū)布置足夠的橫向約束鋼筋，可以顯著提高墩柱的延性，常用的箍筋形式有矩形、圓形或螺旋形。在設(shè)計(jì)中必須保證鋼筋和足夠的錨團(tuán)長度，以防止錨固失效。

某高速公路全長13.23km（路線長度按右幅計(jì)），其中：全線按雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度120km/h，路基寬度34.5m；其中主線橋4座；互通式立交3處，有橋梁10座；分離式立交11座；人行天橋11座。本項(xiàng)目的橋梁均屬于單跨跨徑不超過150m的高速公路上的橋梁，抗震設(shè)防類別應(yīng)為B類。項(xiàng)目所在地地震動峰值加速度為0.05g，相應(yīng)的抗震設(shè)防烈度為6度。按《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/TB02-01-2008）規(guī)定，橋梁抗震設(shè)防措施等級為7級。為了工程的安全，特大橋、大橋上部結(jié)構(gòu)采用一般裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡T梁或箱梁，多孔或單孔為一聯(lián)，橋墩伸縮縫處伸縮裝置采用MZL-160/80/40型；橋臺處設(shè)C-80/40型伸縮縫，其余橋墩上設(shè)橋面連續(xù)；支座采用球冠圓板橡膠支座；下部結(jié)構(gòu)一般為柱式墩，樁基礎(chǔ)，也有采用擴(kuò)大基礎(chǔ)的。其余橋梁上部結(jié)構(gòu)均采用13～20m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板；下部結(jié)構(gòu)為樁柱式。

篇9

關(guān)鍵詞 反應(yīng)譜 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

中圖分類號：U442.55 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力砼（后張）T梁，先簡支后連續(xù)；下部結(jié)構(gòu)0號臺、18號臺采用柱式臺，1、2、17號橋墩采用柱式墩，其余橋墩采用等截面實(shí)心墩，墩臺采用樁基礎(chǔ)。T梁采用C50號混凝土，墩身采用C40混凝土，承臺采用C30混凝土，樁基礎(chǔ)采用C30水下混凝土。

1 橋梁抗震設(shè)防目標(biāo)

2 動力計(jì)算模型

分析和認(rèn)識橋梁的動力特性是進(jìn)行抗震性能分析的基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)計(jì)算采用大型有限元計(jì)算程序Midas Civil進(jìn)行，計(jì)算模型見圖1所示，計(jì)算模型均以順橋向?yàn)閄軸，橫橋向?yàn)閅軸，豎向?yàn)閆軸。全橋共有2718個(gè)節(jié)點(diǎn)，3888個(gè)單元。本橋橋墩較多，除1#、2#、17#墩為雙墩外，其余均為單墩，由于篇幅問題，在此僅列出大關(guān)河2#橋具有代表意義的第3聯(lián)右側(cè)墩（8#、9#、10#墩）結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算結(jié)果。

模型建立過程中，T梁、蓋梁、墩和承臺均采用梁單元進(jìn)行模擬；T梁與蓋梁之間采用普通板式支座模擬，樁采用土彈簧進(jìn)行模擬。

3 反應(yīng)譜輸入

4 結(jié)構(gòu)抗震反應(yīng)普分析

驗(yàn)算中根據(jù)在恒載和地震作用下的內(nèi)力組合對各控制截面進(jìn)行了最不利組合（恒載軸力-地震動軸力）作用下的M- 分析，從而根據(jù)預(yù)期的性能目標(biāo)進(jìn)行抗震性能檢算。橋墩內(nèi)力檢算時(shí)，采用的不利截面。8～10號橋墩采用C40混凝土，縱向鋼筋為HRB400單筋，直徑28mm，抗剪箍筋為HRB335，直徑12mm。

4.1 E1作用下橋墩關(guān)鍵截面抗彎需求與能力驗(yàn)算

4.2 E2作用下橋墩關(guān)鍵截面抗彎需求與

能力驗(yàn)算

5 結(jié)論

大關(guān)河2#大橋具有代表性的3聯(lián)抗震驗(yàn)算表明，在E1、E2地震作用下，橋墩抗彎能力均滿足設(shè)防要求；即E1、E2地震作用下，橋墩、樁基在均處于彈性工作狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

[1] JTG/T B02-01-2008，公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則[S].人民交通出版社，2008.

篇10

關(guān)鍵詞 連續(xù)梁橋, 抗震, 反應(yīng)譜，延性設(shè)計(jì), 塑性鉸

中圖分類號:TU377文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 引 言

隨著我國城市建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，為了解決城市交通承載力不足的現(xiàn)狀，城市快速路高架橋日益增多，其中混凝土連續(xù)梁橋是應(yīng)用最廣泛的橋型之一，同時(shí)城市橋梁相對公路橋梁抗震要求更加嚴(yán)格，研究分析該類橋梁的地震響應(yīng)對于合理進(jìn)行橋梁抗震設(shè)計(jì)有著非常重要的意義。本文以一聯(lián)引橋?yàn)槔?，在反?yīng)譜分析的基礎(chǔ)上采用延性的抗震設(shè)計(jì)思想，對該橋進(jìn)行了抗震設(shè)計(jì)，并提出了相關(guān)的結(jié)論。

2 工程概況

某城市高架橋上部采用混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，橋?qū)?5.0m，箱梁斷面為單箱三室箱型，梁高2.0 m，主梁跨中斷面圖如圖1所示。橋梁下部采用雙柱花瓶墩，橫橋向尺寸為1.8m，縱橋向尺寸為2.0m，墩高采用8.0m；基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁基直徑2.2m，下部結(jié)構(gòu)斷面圖如圖2所示。一聯(lián)橋一個(gè)中支點(diǎn)上布置的支座為固定支座, 其余墩上均為單向或雙向的滑動支座。

圖1 跨中箱梁斷面

圖2 下部結(jié)構(gòu)斷面

該橋主梁、橋墩、樁基分別采用C50、C40和C30的混凝土。場地土類型屬中硬土, 場地類別屬Ⅱ類，設(shè)防烈度為7度。由目前抗震設(shè)計(jì)的要求, 采用了兩級水準(zhǔn)的抗震設(shè)計(jì)方法對該橋進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。第一級水準(zhǔn)(即E1地震作用) 相當(dāng)于設(shè)計(jì)地震,第二水準(zhǔn)(即E2地震作用)相當(dāng)于罕遇地震。

3 計(jì)算理論和模型 [1][3]

橋梁結(jié)構(gòu)的動力微分方程為：[M]{u}+[C]{u}+[K]{u}=[F]；

式中：[M] ―結(jié)構(gòu)總質(zhì)量矩陣；{u}―位移矢量矩陣；[C]―結(jié)構(gòu)總阻尼矩陣；[K]―結(jié)構(gòu)總剛度矩陣；[F]―由地面運(yùn)動引起的等效荷載。

按照現(xiàn)有規(guī)范要求，橋墩等橋梁結(jié)構(gòu)中比較容易修復(fù)的構(gòu)件在E1地震作用下雖然可發(fā)生可修復(fù)的損傷，但要求地震發(fā)生后，基本不影響車輛的通行。在E2地震作用下，結(jié)構(gòu)不倒塌，震后可以修復(fù)，可供緊急救援車輛通過。基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)重要受力構(gòu)件在E1地震作用下基本不發(fā)生損傷，結(jié)構(gòu)保持在彈性范圍工作；在E2地震作用下雖然局部可發(fā)生可修復(fù)的損傷，但要求地震發(fā)生后，基本不影響車輛的通行。

基于midas/civil平臺，計(jì)算模型采用三維空間有限元分析模型,該橋上下部結(jié)構(gòu)均采用三維空間梁單元進(jìn)行模擬。模型荷載考慮結(jié)構(gòu)自重、二期鋪裝和地震作用，樁基邊界條件的模擬采用沿樁身長度設(shè)置土彈簧來模擬土的作用，支座采用三維連接進(jìn)行模擬，考慮支座的非線性特性。為了考慮相鄰聯(lián)跨的影響，模型分別建立左右相鄰各聯(lián)，僅考慮其對中間聯(lián)的影響，不考慮其自身的地震反應(yīng)結(jié)果。有限元模型如下圖所示：

圖1:三維有限元模型

4 反應(yīng)譜分析結(jié)果[4]

本文首先對該橋進(jìn)行了特征值分析，計(jì)算了前20階縱橫向振型和頻率，表1列出了前10 階的頻率和周期。

表1 結(jié)構(gòu)自振特性表

該橋的基本振型如下圖所示：

圖2(a) 第一階振型圖 圖2（b）第二階振型

通過對上述有限元模型的模態(tài)分析可知，第1階振型為主梁縱向漂移，縱橋向地震動輸入時(shí)對墩底內(nèi)力貢獻(xiàn)最大。第2階振型為主梁橫向振動，橫橋向地震動輸入時(shí)對各墩墩底內(nèi)力貢獻(xiàn)均較大。根據(jù)橋址場地地震危險(xiǎn)性分析結(jié)果提供的地震動數(shù)據(jù)，分別按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行E1和E2地表加速度反應(yīng)譜分析。E1地震作用下縱、橫橋向作用橋墩強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果如下表所示：

E1地震縱、橫橋向作用橋墩強(qiáng)度驗(yàn)算

由上表可知在E1地震作用下順橋向和橫橋向荷載彎矩均小于屈服彎矩，墩柱處于彈性階段，結(jié)構(gòu)可以滿足設(shè)防目標(biāo)的要求。樁基配筋由E2控制，因此此處不對E1作用下樁基進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)，只對E2作用下的樁基進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)，則E1地震作用會自動滿足。

E2地震作用即所謂的罕遇地震，為了判斷結(jié)構(gòu)是否進(jìn)入塑性，先假設(shè)E2作用下橋墩和樁基都處于彈性階段，進(jìn)行完反應(yīng)譜分析后，提取E2作用下的內(nèi)力值，如果該內(nèi)力值小于結(jié)構(gòu)對應(yīng)的屈服內(nèi)力，則說明結(jié)構(gòu)還處于彈性階段，按照現(xiàn)有的構(gòu)造尺寸和配筋可以滿足設(shè)防目標(biāo)；如果該內(nèi)力值超過了結(jié)構(gòu)對應(yīng)的屈服內(nèi)力，則判斷該結(jié)構(gòu)已經(jīng)進(jìn)入塑性階段，并且需要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的剛度折減。本工程在E2地震作用下墩柱、樁基強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果如下表所示：

E2地震縱、橫橋向作用橋墩強(qiáng)度驗(yàn)算

E2地震縱、橫橋向作用樁基強(qiáng)度驗(yàn)算

計(jì)算結(jié)果表明，在罕遇地震作用下，縱橋向由于整個(gè)橋梁上部結(jié)構(gòu)的地震慣性力通過固定支座直接傳遞給一個(gè)固定墩，固定墩所要承受的內(nèi)力相對于E1地震所產(chǎn)生的內(nèi)力急劇的增加，固定墩將進(jìn)入嚴(yán)重的塑性狀態(tài)；縱橋向樁基還處于彈性階段，滿足能力保護(hù)構(gòu)件的要求。橫橋向約束情況和縱橋向不同，不是把所有的地震力傳給一個(gè)支座，而是通過各墩墩頂與主梁間橫橋向的剛性約束由每個(gè)墩柱來共同承擔(dān)，所以橫橋向橋墩和樁基此時(shí)都處于彈性階段，滿足抗震需求。因此墩柱的縱橋向抗震考慮從延性設(shè)計(jì)角度來解決。

5 延性設(shè)計(jì)[2][5][6]

延性抗震設(shè)計(jì)是通過增加結(jié)構(gòu)自身的延性來消耗傳遞到結(jié)構(gòu)上的地震力，利用塑性鉸和塑性鉸區(qū)的非彈性變形達(dá)到降低結(jié)構(gòu)剛度、延長周期和增加阻尼的作用，來減少地震對結(jié)構(gòu)造成的影響，控制結(jié)構(gòu)位移。該橋在進(jìn)行延性設(shè)計(jì)時(shí)，在各橋墩的底部適當(dāng)控制該區(qū)域的截面配筋率，提高橋墩的延性，使結(jié)構(gòu)發(fā)生罕遇地震時(shí)在墩底產(chǎn)生塑性鉸，并能夠產(chǎn)生預(yù)期的塑性轉(zhuǎn)動能力，達(dá)到延性設(shè)計(jì)的目的。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求：構(gòu)件進(jìn)入延性設(shè)計(jì)時(shí)需對塑性鉸轉(zhuǎn)角位移或墩頂位移進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)保持彈性可不驗(yàn)算位移，本橋僅對順橋向進(jìn)行位移驗(yàn)算。

通過計(jì)算墩底截面屈服方向在恒載作用下等效屈服彎矩以及等效曲率，則截面等效抗彎剛度：

通過程序的彎矩曲率模塊可以得到剛度折減系數(shù)，帶入原模型，墩頂相對于墩底位移

由程序計(jì)算出墩底截面等效屈服曲率、極限曲率：

等效塑性鉸長度：

取兩者較大值，

安全系數(shù)取K=2.0時(shí)，塑性鉸區(qū)最大容許轉(zhuǎn)角為：

墩頂容許位移：

可知滿足規(guī)范對墩頂位移的要求。

在墩底出現(xiàn)了塑性鉸以后，墩底要保證不會被地震力剪壞，計(jì)算墩底的抗剪時(shí)彎矩采用了1.2的超強(qiáng)系數(shù)，經(jīng)計(jì)算墩底抗剪承載力為9641KN，大于3628KN的地震剪力，保證了橋墩為能力保護(hù)構(gòu)件的要求；同時(shí)為了保證在E2地震發(fā)生時(shí)支座不被破壞，必須使其具有足夠的抗剪能力。

計(jì)算分析表明采用延性抗震設(shè)計(jì)后，在樁基抗彎強(qiáng)度滿足大于墩柱抗彎強(qiáng)度的情況下，固定墩出現(xiàn)塑性鉸，發(fā)生了塑性變形，墩頂位移滿足抗震要求；墩柱抗剪和支座水平承載力也都滿足要求。

6 結(jié)論

通過對本工程高架橋進(jìn)行的反應(yīng)譜計(jì)算及考慮了延性設(shè)計(jì)的抗震設(shè)計(jì), 可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論:

(1)在E1地震作用下, 橋墩、樁基均處于彈性階段滿足抗震需求。在E2地震作用下由于橫橋向的地震力通過支座均勻的傳遞給各個(gè)橋墩，所以結(jié)構(gòu)在橫橋向處于彈性，富裕量較大；縱橋向由于上部結(jié)構(gòu)的地震慣性力通過固定支座傳遞給固定墩, 導(dǎo)致固定墩產(chǎn)生很大的內(nèi)力, 固定墩縱向?qū)⑦M(jìn)入塑性狀態(tài)。

(2)對橋墩進(jìn)行延性設(shè)計(jì)之前，必須保證樁基的抗彎強(qiáng)度大于墩柱的抗彎強(qiáng)度，否則樁基就會進(jìn)入塑性狀態(tài)，不能滿足能力保護(hù)構(gòu)件的要求。

(3)結(jié)構(gòu)進(jìn)行延性設(shè)計(jì)時(shí)，通過對橋墩剛度的折減來體現(xiàn)結(jié)構(gòu)塑性狀態(tài)的性能?？紤]了延性的結(jié)構(gòu)就會產(chǎn)生降低剛度、延長周期和增加阻尼的效果，以此來抵抗縱橋向的地震力，計(jì)算結(jié)果表明, 延性設(shè)計(jì)的構(gòu)件能夠滿足抗震要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 范立礎(chǔ). 橋梁抗震[M ]. 上海: 同濟(jì)大學(xué)出版社, 1997；

[2] JTG/T B02－01－2008. 公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則；

[3] 邱順冬． 橋梁工程軟件Midas-Civil 常見問題解答． 北京: 人民交通出版社；

[4] 范立礎(chǔ), 王志強(qiáng). 橋梁減隔震設(shè)計(jì)[M ]. 北京: 人民交通出版社, 2001；