4×29.9 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁抗震設(shè)防論證分析

黃展佳

(廣西柳州市東城投資開發(fā)集團(tuán)有限公司，廣西柳州 545616)

1 工程概況

曙光大道立交位于柳州市柳東新區(qū)東外環(huán)柳東段與曙光大道交叉節(jié)點(diǎn)，立交形式為蝶形組合式互通立交，設(shè)有10條轉(zhuǎn)向匝道實(shí)現(xiàn)各方向的全互通交通轉(zhuǎn)換。

本文以曙光大道立交主線左幅第三聯(lián)為例，運(yùn)用有限元軟件進(jìn)行抗震設(shè)防分析論證，主線左幅第三聯(lián)采用等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,跨徑組合為4×29.9 m，橋面寬13.25 m，梁高1.8 m，橋墩為花瓶墩，樁基礎(chǔ)，支座為盆式橡膠支座。

2 抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的確定

根據(jù)地勘報(bào)告，橋位處場地類別為Ⅱ類，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，地震基本烈度為6度。根據(jù)道路等級(jí)、橋梁類型確定抗震設(shè)防分類為乙類，抗震設(shè)計(jì)方法為B類，僅需進(jìn)行E1地震作用下的抗震分析和抗震驗(yàn)算(表1)。

表1 橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)及性能目標(biāo)

3 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析

3.1 計(jì)算圖式

運(yùn)用Midas Civil 2019軟件建立空間有限元模型，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析(圖1)。主梁、橋墩及承臺(tái)采用空間梁單元模擬，承臺(tái)底采用六自由度彈性約束模擬樁土作用。

圖1 主線左幅橋第三聯(lián)計(jì)算圖式

3.2 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析

分析和認(rèn)識(shí)橋梁的動(dòng)力特性是進(jìn)行抗震性能分析的基礎(chǔ)，采用Midas civil有限元軟件建立動(dòng)力計(jì)算模型，研究橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性。橋梁聯(lián)內(nèi)的剛度、質(zhì)量分布均衡，橋墩(臺(tái))分擔(dān)的地震作用合理，相鄰聯(lián)橋梁的基本周期相差不宜過大。經(jīng)計(jì)算分析，結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 成橋狀態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性

4 地震響應(yīng)計(jì)算

4.1 彈性反應(yīng)譜分析

地震動(dòng)輸入?yún)?shù)作為抗震分析的激勵(lì)源，是影響結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)程度最重要的因素。根據(jù)CJJ 166-2011《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.1.1條規(guī)定，本工程不考慮豎向地震作用，水平向地震動(dòng)輸入?yún)?shù)按照《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.2.1條規(guī)定取值，橋址處反應(yīng)譜擬合的相關(guān)參數(shù)見表3。

表3 反應(yīng)譜擬合相關(guān)參數(shù)(阻尼比5%)

E1地震作用的水平向地表加速度反應(yīng)譜曲線如圖2。

圖2 E1地震作用加速度反應(yīng)譜曲線(水平向)

在地震響應(yīng)分析中，取前300階振型進(jìn)行計(jì)算，振型的參與質(zhì)量均達(dá)到95 %以上，振型組合方法采用CQC法。地震輸入分別考慮順橋向、橫橋向，方向組合采用SRSS法。

4.2 彈性反應(yīng)譜計(jì)算

在E1地震作用下結(jié)構(gòu)各主要部位的彈性地震響應(yīng)結(jié)果見表4。

表4 結(jié)構(gòu)各主要部位地震響應(yīng)

5 結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算

分析內(nèi)容和方法。采用彈性反應(yīng)譜計(jì)算方法對(duì)橋梁進(jìn)行抗震驗(yàn)算，判斷在地震作用下各控制截面是否進(jìn)入彈塑性狀態(tài)。

5.1 驗(yàn)算截面

根據(jù)橋墩及樁基截面尺寸、鋼筋圖，建立相應(yīng)的纖維模型，利用Ucfyber軟件計(jì)算初始屈服彎矩。見圖3～圖4。

圖3 3.0 m×1.6 m墩截面

圖4 D=1.5m樁基截面

5.2 下部結(jié)構(gòu)關(guān)鍵截面驗(yàn)算

最不利軸力組合下，下部結(jié)構(gòu)各截面的驗(yàn)算結(jié)果見表5～表6。

表5 下部結(jié)構(gòu)關(guān)鍵截面縱橋向抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算

表6 下部結(jié)構(gòu)關(guān)鍵截面橫橋向抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算

經(jīng)驗(yàn)算，最不利軸力作用下各橋墩、樁基礎(chǔ)控制截面在縱、橫橋向的彎矩均小于結(jié)構(gòu)的初始屈服彎矩，結(jié)構(gòu)的抗震性能滿足規(guī)范要求。

5.3 支座抗剪及位移驗(yàn)算

順橋向固定支座的順橋向水平組合地震力Ehzh須小于順橋向水平承載力Emax，固定支座抗剪驗(yàn)算見表7。

表7 地震作用下支座強(qiáng)度驗(yàn)算(固定支座，縱橋向)

順橋向活動(dòng)支座的順橋向支座位移XE須小于順橋向容許滑動(dòng)的水平位移Xmax，各順橋向活動(dòng)支座位移驗(yàn)算見表8。

表8 地震作用下支座位移驗(yàn)算(活動(dòng)支座，縱橋向)

經(jīng)驗(yàn)算，支座抗剪及移驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

6 結(jié)論

本文通過選取曙光大道立交主線左幅第三聯(lián)建立空間動(dòng)力計(jì)算模型，采用反應(yīng)譜法進(jìn)行地震反應(yīng)分析，根據(jù)墩身及樁基礎(chǔ)截面配筋、地震響應(yīng)分析結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行驗(yàn)算，橋梁結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)指標(biāo)滿足橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的要求。