高烈度區(qū)橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析

劉智 文俊

摘? 要：文章以高烈度區(qū)橋梁為題，就高烈度區(qū)的橋梁下部結(jié)構(gòu)配筋，應(yīng)用Midas軟件建模分析，對下部結(jié)構(gòu)配筋進(jìn)行探討和研究。

關(guān)鍵詞：高烈度區(qū);下部結(jié)構(gòu);抗震分析;配筋

中圖分類號：U443? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）10-0087-02

Abstract： In this paper， the reinforcement of the lower structure of the bridge in the high intensity area is discussed and studied using Midas software to model and analyze the reinforcement of the lower structure of the bridge in the high intensity area.

Keywords： high intensity area; substructure; seismic analysis; reinforcement

前言

橋梁設(shè)計應(yīng)該按照安全、耐久、適用、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和美觀的原則，可見橋梁結(jié)構(gòu)的首要任務(wù)是安全，安全的作用尤為重要，其次才是其他原則，我國50%的國土面積位于地震高烈度區(qū)域，在高烈度區(qū)架設(shè)橋梁，橋梁的安全不容忽視，結(jié)構(gòu)的安全性能是非常重要的，這就需要結(jié)構(gòu)本身具有一定的抗震性能，萬丈高樓平地起，根基最重要，可見橋梁下部結(jié)構(gòu)的作用是舉足輕重的，下部結(jié)構(gòu)的鋼筋配置以及抗震分析就顯的格外重要。

1 工程的主要概況

項目位于寧夏回族自治區(qū)中衛(wèi)市海原縣，公路等級為二級公路，荷載等級為公路-Ⅰ級，地震動峰值加速度0.3g，地震動反應(yīng)譜特征周期0.45s，屬高烈度區(qū)，橋梁工程場地類別為Ⅱ類。本橋?yàn)?-20m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋，交角45°，橋梁寬度13m，橋面整體層采用15cm厚C50混凝土，鋪裝層采用9cm厚瀝青混凝土。橋墩采用直徑1.2m墩柱，樁基采用直徑1.4m樁基礎(chǔ)，肋板臺基礎(chǔ)采用1.2m樁基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)全部為摩擦樁。橋墩蓋梁、墩身、系梁、橋臺臺帽、臺身、耳墻、背墻等采用C30混凝土，橋臺肋板臺承臺、墩臺鉆孔樁基礎(chǔ)等采用C35抗硫混凝土。

2 下部結(jié)構(gòu)初步配筋

橋墩采用直徑1.2m墩柱，樁基采用直徑1.4m樁基礎(chǔ)，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，初步擬定橋墩墩柱主筋采用26根HRB400ψ25的鋼筋，箍筋采用HPB300φ12的鋼筋，且箍筋在塑性鉸區(qū)域內(nèi)進(jìn)行了加密，樁基主筋采用26根HRB400ψ25的鋼筋，箍筋采用HPB300φ12的鋼筋，箍筋及主筋未加密;肋板臺基礎(chǔ)采用1.2m樁基礎(chǔ)，初步擬定樁基采用24根HRB400ψ25的鋼筋，箍筋采用HPB300φ12的鋼筋，箍筋及主筋未加密。

3 結(jié)構(gòu)計算與分析

本橋采用Midas Civil 2012全橋建模，重點(diǎn)對下部結(jié)構(gòu)墩柱、樁基礎(chǔ)進(jìn)行抗震分析驗(yàn)算，驗(yàn)證墩柱、樁基礎(chǔ)在鋼筋配筋上是否合理，抗震性能是否滿足要求。

根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則》的規(guī)定，本橋?yàn)橐?guī)則橋梁，且為C類，C類橋梁必須進(jìn)行E1地震作用和E2地震作用下的抗震設(shè)計，本次計算采用反應(yīng)譜法進(jìn)行結(jié)構(gòu)的彈塑性抗震分析。

本橋?yàn)榭招陌逯袠?，支座采用板式橡膠支座，支座在Midas模型中采用線性彈簧單元模擬，根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則》的公式（k=GdAr/∑t）計算板式橡膠支座剪切剛度系數(shù)k值，橋梁下部結(jié)構(gòu)為摩擦樁基礎(chǔ)，需考慮樁土共同作用，對于樁土共同作用可用等代土彈簧模擬，結(jié)合土層資料，等代樁基土彈簧的剛度采用表征土介質(zhì)彈性值m參數(shù)法模擬。

本次作用效應(yīng)組合為：永久作用效應(yīng)+地震作用效應(yīng)，其中永久作用包括結(jié)構(gòu)重力（恒載），地震作用為地震動的作用和地震土壓力等。

3.1 彈性分析驗(yàn)算

本次橋梁抗震分析驗(yàn)算時，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算。

（1）E1地震作用下橋墩抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算：

（2）E1地震作用下基礎(chǔ)驗(yàn)算

（3）E2地震作用下橋墩抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算

3.2 塑性分析驗(yàn)算

塑性分析驗(yàn)算時，延性構(gòu)件的有效截面抗彎剛度應(yīng)按下式Ec×Ieff=My/φy計算，但其他構(gòu)件抗彎剛度仍按毛截面計算。

（1）E2地震作用下橋墩塑性鉸區(qū)抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算

墩柱塑性鉸區(qū)域沿順橋向和橫橋向的斜截面抗剪強(qiáng)度應(yīng)按下列公式驗(yàn)算：

（2）E2地震作用下基礎(chǔ)驗(yàn)算

按能力保護(hù)構(gòu)件分別計算出軸力、彎矩、剪力設(shè)計值后和永久效應(yīng)組合后進(jìn)行驗(yàn)算，需按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計規(guī)范》持久狀況承載能力極限狀態(tài)計算進(jìn)行驗(yàn)算。

本次根據(jù)Midas模型，提取樁基礎(chǔ)軸力、剪力以及彎矩，按承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行樁身強(qiáng)度、穩(wěn)定性及裂縫寬度的驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果顯示樁基安全系數(shù)均大于1，可見E2地震作用下基礎(chǔ)驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

在塑性驗(yàn)算中，E2地震作用下，橋墩塑性鉸產(chǎn)生彈塑性變形，消耗了地震能量，具備了一定的塑性變形能力，發(fā)揮了應(yīng)有的作用，E2地震作用下橋墩塑性鉸區(qū)抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算滿足規(guī)范要求，E2地震作用下基礎(chǔ)驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

根據(jù)以上Midas建模進(jìn)行彈性、塑性分析驗(yàn)算，橋墩采用直徑1.2m墩柱，樁基采用直徑1.4m樁基礎(chǔ)，橋墩墩柱主筋采用26根HRB400ψ25的鋼筋，箍筋采用HPB300φ12的鋼筋，且箍筋在塑性鉸區(qū)域內(nèi)進(jìn)行了根數(shù)及肢距的加密，樁基主筋采用26根HRB400ψ25的鋼筋，箍筋采用HPB300φ12的鋼筋，箍筋及主筋未加密;肋板臺基礎(chǔ)采用1.2m樁基礎(chǔ)，樁基采用24根HRB400ψ25的鋼筋，箍筋采用HPB300φ12的鋼筋，箍筋及主筋未加密，在E1地震作用、E2地震作用下，下部結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算均滿足要求，可見本次下部結(jié)構(gòu)墩柱及樁基，在主筋及箍筋配筋根數(shù)及直徑初步擬定上完全合理的，下部結(jié)構(gòu)能夠抵抗地震作用產(chǎn)生的所有效應(yīng)。

4 結(jié)論

根據(jù)本次抗震分析驗(yàn)算，結(jié)合規(guī)范要求，對于抗震設(shè)防烈度為7度及7度以上區(qū)域的橋梁，應(yīng)做好橋梁的抗震設(shè)計工作，在橋墩的塑性鉸區(qū)域內(nèi)應(yīng)加密箍筋根數(shù)及肢距，且應(yīng)使塑性鉸區(qū)域最小體積含箍率不得低于0.004，以便墩柱構(gòu)件更好的發(fā)揮抗剪作用;作為樁基礎(chǔ)，考慮到樁土共同作用，樁身受到的地震剪力相對較小，而承受的彎矩較大，結(jié)合本次橋梁抗震分析，樁基是否需要配置抗彎的抗震鋼筋，應(yīng)加強(qiáng)樁基結(jié)構(gòu)抗震分析，確定彎矩最大值及彎矩臨界位置，以便確定抗震鋼筋的根數(shù)及長度。

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