裝配式橋梁地震作用分析與設(shè)計

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(河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限責(zé)任公司,河南鄭州　450000)

裝配式橋梁地震作用分析與設(shè)計

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(河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限責(zé)任公司,河南鄭州450000)

裝配式先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)由于施工工藝和經(jīng)濟(jì)方面的顯著優(yōu)勢在各級公路橋梁中廣泛應(yīng)用。對地震烈度VI度以上地區(qū),由于受力的復(fù)雜性使得下部結(jié)構(gòu)設(shè)計往往局限于橋梁個體,缺少系統(tǒng)的設(shè)計成果。選取裝配式簡支變連續(xù)組合箱梁橋進(jìn)行地震作用分析,針對不同的柱高研究下部結(jié)構(gòu)地震作用規(guī)律并用于結(jié)構(gòu)設(shè)計,為同類橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計提供借鑒。

裝配式橋梁地震作用結(jié)構(gòu)設(shè)計

1　概述

近年來隨著公路交通事業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)建橋數(shù)量越來越多，其中中等跨徑的橋梁數(shù)量最大。與現(xiàn)澆連續(xù)箱梁相比，裝配式先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)由于具有工廠化生產(chǎn)的特點，下部結(jié)構(gòu)和上部預(yù)制梁可安排平行作業(yè)施工，施工工藝成熟簡單，不需大型起吊設(shè)備，建橋施工工期短，便于控制工程質(zhì)量和進(jìn)度;同時結(jié)構(gòu)安全可靠，工程造價經(jīng)濟(jì)合理，并保證了行車的舒適性，因此裝配式橋梁在各等級公路上得到廣泛應(yīng)用。

2　工程概況

某一級公路建設(shè)項目位于VII度區(qū)丘陵地帶，場地地震動峰值加速度0.10g。為提高行車的平穩(wěn)性、舒適性，同時為保證施工工期，大橋上部結(jié)構(gòu)采用裝配式先簡支后連續(xù)組合箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩。對30m跨徑裝配式簡支變連續(xù)組合箱梁橋進(jìn)行地震作用分析與下部結(jié)構(gòu)設(shè)計，選取半幅15.5m寬橋梁分析，上部橫向采用5片小箱梁，下部為雙柱墩。

表1　工況結(jié)構(gòu)構(gòu)造尺寸表

表3　E2地震作用內(nèi)力與檢算結(jié)果(工況一)

3　計算分析

3.1計算模型

為研究下部結(jié)構(gòu)受力特點，選取四種典型柱高，按四種工況分別進(jìn)行地震作用分析。四種工況對應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造尺寸見表1。

表4　E2地震作用內(nèi)力與檢算結(jié)果(工況二、三、四)

表5　下部結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計表

表2　E1地震作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力與檢算結(jié)果

對(3×30)m裝配式簡支變連續(xù)組合箱梁橋采用M IDAS進(jìn)行地震作用分析。上下部結(jié)構(gòu)采用梁單元建模，建立彈性連接模擬板式橡膠支座，樁土共同工作采用彈性支撐模擬。

3.2計算參數(shù)

工程項目橋梁抗震設(shè)防類別為B類，位于VII度區(qū)，場地水平地震動峰值加速度0.10g。由于反應(yīng)譜法計算可靠，操作簡單，可以幫助設(shè)計人員迅速把握結(jié)構(gòu)的動力特性和響應(yīng)值，是現(xiàn)今設(shè)計人員廣泛采用的方法，因此本項目地震作用分析采用反應(yīng)譜方法。

3.3分析結(jié)果

根據(jù)E1地震作用分析與檢算結(jié)果，各工況下部結(jié)構(gòu)均處于彈性狀態(tài)，采用常規(guī)配筋率結(jié)構(gòu)承載力即滿足要求并有足夠富余。E1地震作用相應(yīng)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力與檢算結(jié)果見表2。

E2地震作用下，各工況結(jié)構(gòu)存在明顯差異。對于5m柱高的工況一，E2地震作用下結(jié)構(gòu)基本處于彈性狀態(tài)，采用相同配筋結(jié)構(gòu)承載力滿足要求，相應(yīng)的內(nèi)力與檢算結(jié)果見表3。

工況二、三、四在E2地震作用下立柱均出現(xiàn)塑性變形，需對立柱進(jìn)行延性設(shè)計，通過彎矩曲率曲線計算立柱有效截面抗彎剛度，并對下部結(jié)構(gòu)抗剪等按照能力保護(hù)構(gòu)件設(shè)計。樁基內(nèi)力與承載力檢算結(jié)果見表4。

3.4配筋設(shè)計

根據(jù)E1和E2地震作用分析檢算結(jié)果進(jìn)行下部結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計。立柱和樁基受力主筋由承載力檢算結(jié)果控制，塑性鉸區(qū)箍筋依據(jù)能力保護(hù)構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計，箍筋采用雙根直徑10mm的光圓螺旋筋按照10cm間距并置設(shè)計，并對下部結(jié)構(gòu)的最小配箍率進(jìn)行檢算。

通過對檢算結(jié)果歸納分析，以四種工況對應(yīng)的柱高為參照指標(biāo)進(jìn)行下部結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計，相應(yīng)設(shè)計成果見表5。

3.5小結(jié)

對于確定的外部場地條件，結(jié)構(gòu)地震作用水平力大小由結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度決定。以上四種工況上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量相同，隨著立柱高度從5m到35m遞增，工況結(jié)構(gòu)對應(yīng)的水平剛度由大到小遞減，水平剪力變化趨勢相同。但由于體現(xiàn)力臂大小的柱高對地震彎矩的權(quán)重更大，地震引起的下部結(jié)構(gòu)彎矩隨著立柱高度的增加呈遞增趨勢，工況四相應(yīng)的地震彎矩最大，相應(yīng)的配筋絕對數(shù)量最多。工況一柱高較矮，E2地震作用下立柱仍保持彈性狀態(tài);隨著立柱高度增大，工況二、三、四立柱在E2地震作用下均出現(xiàn)塑性鉸，且塑性變形越來越大。

4　結(jié)語

選取VII度區(qū)一級公路上的30m跨徑裝配式簡支變連續(xù)組合箱梁橋，按照不同的立柱高度分四種工況進(jìn)行地震作用分析，研究下部結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)律。對上部結(jié)構(gòu)相同的橋梁，下部結(jié)構(gòu)主筋設(shè)計與立柱高度正相關(guān)，設(shè)計時可針對相同柱徑的最高橋梁進(jìn)行地震作用分析，分區(qū)間進(jìn)行下部設(shè)計，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，可大大節(jié)省設(shè)計工作量。文章提出了下部結(jié)構(gòu)地震作用分析計算的思路和方法，供大家參考借鑒，限于篇幅，能力保護(hù)構(gòu)件設(shè)計等方面的內(nèi)容在此不做展開。

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

[2]中交路橋技術(shù)有限公司.JTG B02—201 3公路工程抗震規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2013.

[3] 重慶交通科研設(shè)計院.JTG/T B02-01-2008公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則[S].北京:人民交通出版社,2008.

[4]中交公路規(guī)劃設(shè)計院.JTG D62—2004 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2004.