基于103m+190m+103m連續(xù)剛構(gòu)橋的橋墩抗震分析研究

左翔文

摘? 要：目前，橋梁結(jié)構(gòu)的抗震分析已被人們所廣泛關(guān)注，因?yàn)榈卣鸬陌l(fā)生不僅會(huì)在一定程度上對(duì)人們的正常出行造成影響，還會(huì)直接影響我國(guó)經(jīng)濟(jì)的正常運(yùn)行。鑒于此，以某連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)檠芯繉?duì)象進(jìn)行抗震分析，分別驗(yàn)算其在E1和E2地震作用下的響應(yīng)結(jié)果，驗(yàn)算的主要內(nèi)容包括E1地震作用下橋墩的強(qiáng)度是否滿足規(guī)范要求和E2地震作用下橋墩的抗剪和墩頂位移是否均滿足規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞：橋梁工程? 剛構(gòu)橋? 地震作用? 強(qiáng)度驗(yàn)算? 位移

中圖分類號(hào)：U448.23? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）05（b）-0079-03

Abstract：? The study of anti-earthquake on bridge structure has been widely concerned recently is that the occurrence of earthquake will not only affect people's normal travel to a certain extent， but also impede the economic development directly. In view of this， a continuous rigid frame bridge was taken as the research object for anti-earthquake analysis here to check the response results of the bridge in earthquake effect E1 and E2 respectively. The main contents of the test include： whether the strength of piers under the effect of E1 and the shear resistance of the bridge pier and the displacement of the pier top under the effect of E2 are meet the requirements of the specification.

Key Words： Bridge engineering; Rigid frame bridge; Earthquake effect; Strength examination; Displacement

橋梁結(jié)構(gòu)作為交通線路中的重要“咽喉”，起著不可替代的作用?，F(xiàn)階段，各種各樣的橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，以致橋梁的設(shè)計(jì)和施工要求也隨之提高。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)的抗震分析[1]被視為重要的一環(huán)，這不僅是因?yàn)榈卣鹱饔玫牟淮_定性，同時(shí)還因?yàn)榈卣鹱饔玫陌l(fā)生可能會(huì)造成嚴(yán)重的破壞，以致整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。橋梁結(jié)構(gòu)的抗震分析[2]不僅需要考慮非線性問(wèn)題[3]，還應(yīng)考慮樁土之間的相互作用[4]以及阻尼等問(wèn)題。基于此，該文將以某大跨連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)檠芯勘尘?，?duì)其橋墩進(jìn)行E1和E2地震作用[5]的抗震分析，以便為后續(xù)類似橋梁工程項(xiàng)目提供一定的參考價(jià)值。

1? 工程概況

該橋梁結(jié)構(gòu)為主跨為是190 m，邊跨為103 m的連續(xù)剛構(gòu)橋，主橋橋面總寬21.5 m。全橋橋型布置圖見(jiàn)圖1所示，墩號(hào)從左側(cè)小里程端到右側(cè)大里程端分別為1#墩、2#墩、3#墩及4#墩。

主墩均為雙肢薄壁墩，兩墩中心之間的距離為9 m，單肢墩柱尺寸為16.5×2.6 m（橫橋向×順橋向），墩高41.9 m;邊墩尺寸為16.5×2.5 m（橫橋向×順橋向），墩高分別為21.3 m和14.6 m。主墩承臺(tái)尺寸為17.3×23.8×5 m（順橋向×橫橋向×高），邊墩承臺(tái)尺寸為8.4×18.4×3 m（順橋向×橫橋向×高）。主墩承臺(tái)下采用2.5 m直徑的樁，順橋向3排，橫橋向4排，共12根樁，樁長(zhǎng)25 m;邊墩承臺(tái)下采用2.0 m直徑的樁，順橋向2排，橫橋向4排，共8根樁，樁長(zhǎng)20 m。

混凝土等級(jí)：主梁采用C60，橋墩采用C40，承臺(tái)和樁基均采用C30。邊墩墩頂采用GPZ（KZ）抗震盆式橡膠支座，主墩與主梁固結(jié)無(wú)支座。

為了準(zhǔn)確模擬該大跨橋在地震作用下的反應(yīng)，分別在小里程端和大里程端建立了與之相連的兩跨簡(jiǎn)支梁，樁土相互作用[6]采用“m”法土彈簧模擬。全橋單元數(shù)量：?jiǎn)卧?767個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)量 818個(gè)。

2? 橋梁抗震基本參數(shù)

2.1 橋梁類型

該橋梁結(jié)構(gòu)主跨跨徑為190 m，超過(guò)150 m，被定義為A類。

2.2 抗震烈度及標(biāo)準(zhǔn)

該連續(xù)梁的場(chǎng)地抗震基本烈度[7]為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10 g，特征周期為0.40 s。地震基本烈度7度，抗震設(shè)防措施等級(jí)采用8度抗震措施標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 場(chǎng)地類別

場(chǎng)地巖層單斜，地層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，擬建橋梁位于龍泉驛斷層?xùn)|側(cè)約2.85 km，位于仁壽斷層西側(cè)3.30 km，斷層對(duì)巖體結(jié)構(gòu)影響不大，鉆孔揭示巖芯較完整，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不強(qiáng)烈，地震基本烈度為Ⅶ度，區(qū)域穩(wěn)定性好，屬三級(jí)地。

2.4 E1地震反應(yīng)譜的確定

根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTGT 2231-01—2020）（以下簡(jiǎn)稱抗震細(xì)則）的9.3節(jié)，該剛構(gòu)橋在E1地震作用下可采用多振型反應(yīng)譜法分析?？筛鶕?jù)如下公式進(jìn)行阻尼比為0.05的水平向設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜S的確定和水平方向上最大的設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜Smax的確定。

式中：Tg代表特征周期（s）;T代表結(jié)構(gòu)自振周期（s）;Smax代表水平方向上的最大的設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜;Ci代表抗震重要性系數(shù);CS代表場(chǎng)地系數(shù);Cd代表阻尼調(diào)整系數(shù);A代表水平方向上的最大的設(shè)計(jì)基本地震加速度值。

2.5 E2地震時(shí)程分析的確定

該橋梁結(jié)構(gòu)需進(jìn)行3組時(shí)程波驗(yàn)算，并最終選取3組計(jì)算結(jié)果的最大值。其中兩條波為實(shí)際地震波記錄，另一條地震波采取人工擬合的方式確定。該文采用的其中一條實(shí)際地震波為MIDAS[8]自帶的H24_T1-III-2（2011， TOHOKU-Coast， EW），其最大峰值加速度達(dá)到0.585 5 g，持續(xù)時(shí)間240 s。

2.6 建模注意事項(xiàng)

基于MIDAS軟件建立抗震模型，單元質(zhì)量采用集中質(zhì)量代表，對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行反應(yīng)譜分析和時(shí)程分析計(jì)算，荷載組合采用CQC，特征值分析采用多重Ritz向量法，考慮質(zhì)量參與率90%以上振型。

2.7 內(nèi)力組合

E1地震工況下按照4種工況進(jìn)行驗(yàn)算，分別是工況1：恒荷載+順橋向地震力包絡(luò);工況2：恒荷載+橫橋向地震力包絡(luò);工況3：恒荷載+豎向地震力包絡(luò);工況4：工況1-3的包絡(luò)。

E2地震工況下按照恒荷載+三條地震波包絡(luò)計(jì)算。

3? E1地震作用下橋墩驗(yàn)算

主墩的順橋和橫橋向均布置兩排直徑28 mm的鋼筋，邊墩的順橋和橫橋向均布置一排直徑22 mm的鋼筋。根據(jù)內(nèi)力圖，判定小里程端邊墩和主墩受力最不利，可僅分別對(duì)這兩個(gè)橋墩進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，結(jié)果見(jiàn)表1，表中軸力值的單位為kN，彎矩值的單位為kN m。根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，E1地震工況下該橋的邊墩和主墩均能夠滿足強(qiáng)度要求。

4? E2地震作用下橋墩驗(yàn)算

4.1 彎矩-曲率分析

利用MIDAS軟件對(duì)樁基和橋墩做彎矩-曲率分析，圖2為1#主墩在兩個(gè)方向上的彎矩曲率結(jié)果圖，其中橫坐標(biāo)代表曲率，單位為1/m;縱坐標(biāo)代表彎矩值，單位為kN m。

4.2 橋墩抗剪驗(yàn)算

依據(jù)《抗震細(xì)則》的6.7節(jié)和7.3.4節(jié)開(kāi)展橋墩做抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算，其中主墩的箍筋直徑為16 mm，邊墩箍筋直徑為12 mm，具體驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表2所示，表中剪力值的單位為kN，彎矩值的單位為kN m。根據(jù)表2中數(shù)據(jù)可知，設(shè)計(jì)的箍筋肢數(shù)和箍筋直徑能夠滿足抗剪要求。

4.3 橋墩墩頂位移驗(yàn)算

依據(jù)《抗震細(xì)則》的7.4節(jié)開(kāi)展橋墩墩頂?shù)奈灰乞?yàn)算，結(jié)果見(jiàn)表3，表中僅羅列了1#墩和2#墩分別在順橋向和橫橋向的墩頂位移驗(yàn)算結(jié)果，根據(jù)表3中數(shù)據(jù)可知，墩頂實(shí)際產(chǎn)生的位移值小于容許位移值，即滿足規(guī)范要求。

5? 結(jié)語(yǔ)

該文以某連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)榉治鰧?duì)象，分析了E1和E2地震工況下橋墩的相關(guān)驗(yàn)算。首先，分析了E1地震工況下的橋墩強(qiáng)度驗(yàn)算，目的在于驗(yàn)算橋墩的配筋是否滿足相應(yīng)的規(guī)范要求;其次，分析E2地震作用下橋墩的抗剪驗(yàn)算和墩頂位移，目的在于驗(yàn)算橋墩的箍筋和橋墩的變形是否滿足規(guī)范要求。通過(guò)對(duì)該連續(xù)剛構(gòu)橋在E1和E2地震作用下的響應(yīng)結(jié)果，可知該橋梁結(jié)構(gòu)的橋墩結(jié)構(gòu)能夠滿足抗震規(guī)范中的相關(guān)要求，即該橋梁結(jié)構(gòu)的橋墩設(shè)計(jì)具有可靠性。

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