中矮墩連續(xù)剛構(gòu)主墩抗震分析

摘 要：本文從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，結(jié)合公路橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，對汕頭高烈度地區(qū)中矮墩連續(xù)剛構(gòu)主墩進(jìn)行抗震計(jì)算分分析，發(fā)現(xiàn)可以通過選擇較小主墩斷面尺寸，同時(shí)結(jié)合提高橋墩混凝土標(biāo)高及增加配筋率來使橋墩具有合適抗推剛度，來滿足高烈度地區(qū)抗震延性化的設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：中矮墩連續(xù)剛構(gòu)；板墩；抗震分析

中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)志碼：文章編號：

Aseismic analysis of continuous rigid frame of middle and low piers

Moujianchao

Guangdongs Province Communications Planning & Design Institute co.，Ltd.，Guangzhou 510507，China

Aseismic analysis of continuous rigid frame of middle and low piers

Mou Jianchao

（Guangdongs Province Communications Planning & Design Institute co.，Ltd.，Guangzhou 510507，China）

Abstract：In this paper，based on the practical application and the seismic design criterion of highway bridges，the seismic calculation analysis of the main piers of low piers in high intensity areas in Shantou is analyzed.It is found that the pier can have appropriate anti thrust stiffness by selecting the size of the small main pier section，improving the concrete elevation of the pier and increasing the reinforcement ratio.To meet the design requirements of seismic ductility in high intensity areas.

Key words：Continuous rigid frame of middle and low piers；Piers ；Aseismatic analysis

0 引言

一般大跨徑連續(xù)剛構(gòu)均采用柔性高墩來減少抗推剛度，從而保證結(jié)構(gòu)在地震作用下保持穩(wěn)定。當(dāng)橋址受地理環(huán)境限制時(shí)，墩高不能做的很高，橋墩跨徑比小于1/10時(shí)，常規(guī)做法采用雙曲薄壁墩來減少抗推剛度，減少橋墩和樁基的彎矩；但當(dāng)墩高跨徑比在1/10左右時(shí)，采用雙曲薄壁墩施工難度較大、經(jīng)濟(jì)性較低；最為經(jīng)濟(jì)做法是通過計(jì)算分析，采用較小尺寸板墩，使墩柱具有合適的抗推剛度，同時(shí)加強(qiáng)配筋提高混凝土標(biāo)高來提高塑性鉸區(qū)的延性。本文以高烈度區(qū)汕頭市韓江東特大橋?yàn)槔?，對中矮墩連續(xù)剛構(gòu)板墩進(jìn)行抗震分析。

1 工程概況

韓江東特大橋設(shè)計(jì)基本地震動加速度峰值 0.2g，地震基本烈度為Ⅷ度，場地類別Ⅲ類；主橋采用主跨148m三跨連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋，跨徑采用（90+148+80）m。上部箱梁斷面采用單箱單室斷面，橋面寬度12.50m、箱梁底寬6.2m、懸臂長3.15m。主墩采用板墩尺寸為5m×2m，墩高12.5m～16.5m之間，墩高跨徑比在0.084～0.111之間，屬于中矮墩連續(xù)剛構(gòu)，橋墩混凝土標(biāo)高為C50，橋墩主筋較常規(guī)高墩配筋率提高約20%。

2 計(jì)算分析

2.1計(jì)算思路

本次結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)都是采用兩水準(zhǔn)設(shè)防兩階段設(shè)計(jì)的抗震設(shè)計(jì)方法進(jìn)行的，計(jì)算結(jié)構(gòu)是否滿足強(qiáng)度和延性要求，從而判斷結(jié)構(gòu)的抗震安全性。

2.2地震動參數(shù)

根據(jù)地震評價(jià)報(bào)告給出的工程場地設(shè)計(jì)地震動參數(shù)。考慮到工程設(shè)計(jì)使用的安全性和合理性以及與相應(yīng)規(guī)范的銜接，得到水平設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜S。

2.3 結(jié)構(gòu)動力特性

利用Midas對韓江東特大橋進(jìn)行三維有限元模擬，圖2.1為主橋整體模型，進(jìn)行動力特性分析。采用多重Ritz向量法進(jìn)行特征值分析，三個平動計(jì)算方向的振型參與質(zhì)量系數(shù)均達(dá)到了90%以上。下表分別列舉主橋前10階部分的動力特性計(jì)算結(jié)果。

2.4 結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算結(jié)果

2.4.1 E1作用下抗震驗(yàn)算

在E1地震作用下，對于主橋部分‘進(jìn)行縱向+豎向、橫向+豎向地震輸入，通過非線性時(shí)程分析，對主墩關(guān)鍵截面進(jìn)行抗震驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果見表3.3所示，表中軸力表示恒載軸力與動軸力的最不利組合值。

由上述表格可知，在E1地震作用下通過能力和需求的比較可知，各關(guān)鍵截面均能滿足抗震性能目標(biāo)。

2.4.2 E2作用下抗震驗(yàn)算

在E2地震作用下，對于主橋部分分別進(jìn)行縱向+豎向、橫向+豎向地震輸入，通過非線性時(shí)程分析，對主墩關(guān)鍵截面進(jìn)行抗震驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果見表2.4～2.6所示，表2.6為在E2地震作用下邊墩支座位移，表中軸力表示恒載軸力與動軸力的最不利組合值。

從上表可以看出，在地震作用下，能需比小于1，主墩均進(jìn)入塑性工作狀態(tài)。因而，需對主橋進(jìn)一步進(jìn)行延性設(shè)計(jì)。

（1）延性構(gòu)件驗(yàn)算

對于在縱橋向+豎向地震作用下，橋墩與主梁形成框架結(jié)構(gòu)，墩頂和墩底都是潛在塑性鉸區(qū)域；在橫橋向+豎向地震作用下，橋墩可看做獨(dú)柱墩，墩底為潛在塑性鉸區(qū)域。對全橋進(jìn)行三維彈塑性非線性時(shí)程分析計(jì)算其地震需求，結(jié)果如下。

從上表可以看出，延性構(gòu)件的位移能力均能滿足位移需求。

（2）橋墩抗剪驗(yàn)算

根據(jù)《公路橋梁抗震細(xì)則》（JTG/T B02-01-2008）7.3.4相關(guān)條文規(guī)定，驗(yàn)算結(jié)果如下表所示。

從上表可以看出，各延性構(gòu)件的抗剪能力均能滿足規(guī)范抗剪需求。

3 結(jié)論

韓江東特大橋采用非線性時(shí)程法進(jìn)行了抗震計(jì)算，得到了相應(yīng)的地震響應(yīng)，同時(shí)根據(jù)最不利截面配筋對相應(yīng)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了抗震性能驗(yàn)算。通過計(jì)算可見中矮墩連續(xù)剛構(gòu)在抗震設(shè)計(jì)中可以采用經(jīng)濟(jì)性較好施工較為簡單的板墩，通過加強(qiáng)墩身受力主筋根數(shù)、提高混凝土標(biāo)高來滿足高烈度地區(qū)抗震延性化的設(shè)計(jì)要求。

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作者簡介

牟鍵超（1988.2-），男，本科學(xué)士，工程師，主要從事橋梁設(shè)計(jì)工作，電話15013203338，地址：廣東省廣州市天河區(qū)五山瀚景路金星大廈9樓，E-mail：531991215@qq.com

（作者單位：廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司）