某高速公路的橋梁抗震設計分析

1、<p>　　某高速公路的橋梁抗震設計分析</p><p>　　摘要：本文作者結(jié)合工作經(jīng)驗對某高速公路的橋梁抗震設計進行分析，以期參考交流。 </p><p>　　關鍵詞：高速公路；橋梁；抗震設計； </p><p>　　中圖分類號： U412.36+6 文獻標識碼： A 文章編號： </p><p><b>　　1、工程概

2、況 </b></p><p>　　某高速公路項目路線主要沿河谷布設，橋梁數(shù)量較多，但主要以２０ｍ和２５ｍ裝配式預應力混凝土連續(xù)箱梁橋為主，上部結(jié)構采用２００８版通用圖，下部結(jié)構多采用圓柱式橋墩、柱式或板凳式橋臺，橋高在２０ｍ以下，本文主要介紹設計中對這些常規(guī)橋梁進行抗震設計的情況。 </p><p>　　2、計算模型及主要參數(shù) </p><p>　　本項

3、目抗震分析主要依據(jù)《公路橋梁抗震設計細則》（ＪＴＧ／ＴＢ０２－０１—２００８）（以下簡稱《細則》）進行。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（ＧＢ１８３０６— </p><p>　　，項目所在區(qū)域地震動峰值加速度為０．２０ｇ，場地特征周期為０．４５ｓ。根據(jù)《細則》，這些常規(guī)橋梁均為Ｂ類橋梁，且進一步判斷為規(guī)則橋梁，地質(zhì)條件較好，地基土主要是中密或密實卵石，地基土的比例系數(shù)ｍ取為４００００ｋＮ／ｍ２。計算采用多振型反應譜法

4、進行，建模采用ＭＩＤＡＳ／ＣＩＶＩＬ２０１０軟件，上部結(jié)構采用梁格模型，下部結(jié)構采用空間桿系模型，上下部結(jié)構之間的連接采用彈性連接，彈簧剛度根據(jù)采用的支座按《細則》計算，樁與土的相互作用采用土彈簧進行模擬，彈簧剛度計算按照《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》進行，并考慮了２．０的動力系數(shù)。圖１、圖２分別是５×２０ｍ和６×２５ｍ兩種典型跨徑裝配式預應力混凝土連續(xù)箱梁模型圖。 </p><p>　　圖1

5、 抗震分析模型（5x20m） 圖2 抗震分析模型(6x25m) </p><p><b>　　3、分析過程 </b></p><p>　　模型建立后，分別進行Ｅ１和Ｅ２地震作用下的抗震計算，其中墩柱作為延性構件考慮。 </p><p>　　3.1 Ｅ１地震作用下的計算 </p><p>　　本階段是彈性計算，計算后應用計

6、算結(jié)果對墩柱、蓋梁、基礎進行強度驗算。 </p><p>　　3.2 Ｅ２地震作用下的計算 </p><p>　　對于矮墩（高寬比＜２．５），計算后應用計算結(jié)果對墩柱、蓋梁、基礎進行強度驗算。 </p><p>　　對其他橋墩（高寬比≥２．５），按下列過程進行計算。 </p><p>　　3.2.1 墩柱Ｐ－Ｍ－φ曲線計算 </p>

7、;<p>　?。牛沧饔孟?，墩柱往往進入彈塑性階段，進行這個階段分析時，墩柱的軸力—彎矩—曲率曲線（即Ｐ－Ｍ－φ曲線）是重要的計算參數(shù)。提供Ｍ－φ曲線計算功能的程序較多，Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ也提供了這一功能，但需注意的是，計算時采用的約束混凝土本構關系采用的一般是Ｍａｎｄｅｒ模型，該模型中的混凝土抗壓強度參數(shù)采用的是圓柱體抗壓強度，而我國規(guī)范中混凝土強度參數(shù)采用的是立方抗壓強度，因此計算時一般要乘以０．８５的換算系數(shù)。本文

8、計算采用的是ＸＴＲＡＣＴ軟件，其中的材料參數(shù)均采用《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（ＪＴＧＤ６２—２００４）中的值。 </p><p>　　計算中采用的軸力，即“Ｐ－Ｍ－φ”中的“Ｐ”值，《細則》7.4.4中規(guī)定為“最不利軸力組合”，此處取為Ｅ２地震作用下最大軸力與恒載軸力的合力。通過計算可以得到形如圖3的曲線。 </p><p><b>　　圖3Ｍ－φ曲線 <

9、/b></p><p>　　3.2.2 順橋向位移驗算 </p><p>　　根據(jù)《細則》7.4.3計算其最大容許轉(zhuǎn)角，根據(jù)《公路橋梁抗震設計細則》7.4.7計算得順橋向墩頂容許位移。根據(jù)Ｍ－φ曲線，利用《細則》6.1.6式計算得截面有效抗彎慣性矩： </p><p>　　Ｉｅｆｆ＝ＭｙφｙＥｃ將ＭＩＤＡＳ／ＣＩＶＩＬ模型中橋墩的截面抗彎慣性矩用上面計算的結(jié)果

10、替代，進行Ｅ２作用下的計算，得墩頂最大順橋向位移并進行驗算。 </p><p>　　3.2.3 橫橋向位移驗算 </p><p>　　根據(jù)根據(jù) 《細則》7.4.8，采 用ＭＩＤＡＳ／ＣＩＶＩＬ２０１０對橋墩進行ＰＵＳＨＯＶＥＲ分析，計算得塑性鉸達到最大容許轉(zhuǎn)角時的墩頂位移，其即為容許位移。將ＭＩＤＡＳ／ＣＩＶＩＬ計算模型中橋墩的截面抗彎慣性矩用截面有效抗彎慣性矩替代，進行Ｅ２作用下的計算，

11、即得墩頂最大橫橋向位移并驗算。 </p><p>　　2.3 能力保護構件計算 </p><p>　　根據(jù)《細則》6.8條、7.3條進行對墩柱抗剪、蓋梁抗彎抗剪，樁基強度進行驗算。 </p><p>　　2.4 墩柱體積含箍率驗算 </p><p>　　根據(jù)《細則》8.1.2條，對塑性鉸區(qū)域配箍率進行驗算。 </p><p

12、>　　4、計算結(jié)果及配筋設計方案 </p><p>　　墩柱的配筋設計可根據(jù)靜力計算和Ｅ１作用計算結(jié)果配置主筋。再以墩柱配筋作為輸入進行Ｅ２作用計算和能力保護構件計算，確定墩柱抗剪箍筋和樁基、蓋梁主筋和箍筋配置。 </p><p>　　經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)，對本項目常規(guī)橋梁（墩高在２０ｍ以下，跨徑２０ｍ、２５ｍ），在靜力作用和Ｅ１作用下的計算內(nèi)力較小，所需配置的鋼筋較少，大部分按構造配筋即可。

13、《細 則》規(guī) 定墩柱的最小配筋率為０．６％，根據(jù)以前用《公路工程抗震設計規(guī)范》（ＪＴＪ００４—８９）計算的經(jīng)驗，該配筋率偏低。參考美國加州《ＣａｌｔｒａｎｓＳｅｉｓｍｉｃＤｅｓｉｇｎＣｒｉｔｅｒｉａ》（《細則》中很多計算方法和理論與該規(guī)范一致），將墩柱配筋率控制在１％左右，經(jīng)驗算均通過。在根據(jù)能力保護原則計算樁基配筋后發(fā)現(xiàn)樁基配筋較柱有大幅增加，為便于樁基和柱鋼筋的綁扎，在必要時將樁基鋼筋每兩根一束布置，使其束數(shù)與柱主筋一致，但因此增加

14、了樁基主筋數(shù)量，鑒于樁基彎矩隨深度減弱較快，分批將主筋截斷以節(jié)約造價。根據(jù)上述原則兩種典型跨徑不同墩高下的配筋設計結(jié)果見表１ </p><p>　　表１部分橋梁配筋結(jié)果 </p><p>　　從上述計算結(jié)果中可發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律。 </p><p>　?。保┰诒卷椖克趨^(qū)域和公路等級條件下，能力保護構件計算控制構件配筋。 </p><p>　?。玻?/p>

15、由于采用了能力保護構件設計，作為能力保護構件的樁基礎，其主筋配置較《細則》發(fā)布前大大增加，配筋率較墩柱大，且墩柱越矮，所需配置的鋼筋越多。 </p><p>　　3）墩柱箍筋較以前增加很多，有些同樣，墩柱越矮，所需配置的箍筋也越多。在《細則》頒布之前，箍筋往往采用直徑８ｍｍ或１０ｍｍ的光圓鋼筋，其間距１５～２０ｃｍ，柱頂?shù)准用軈^(qū)也僅加密為間距１０ｃｍ。而根據(jù)《細則》能力保護構件計算的箍筋，在塑性鉸范圍內(nèi)，需采用直

16、徑１２ｍｍ甚至１６ｍｍ的螺紋鋼筋，間距小至８ｃｍ。 </p><p><b>　　5、結(jié)語 </b></p><p>　　通過本項目所做的分析及與以前設計的對比發(fā)現(xiàn)以下結(jié)論。 </p><p>　　１）《細則》實施后對橋梁的抗震能力進行了有針對性的加強。 </p><p>　?。玻都殑t》對于墩柱的抗彎并沒有提高要求，以

17、前設計的橋梁墩柱，仍可滿足要求。 </p><p>　?。常┯捎诓捎昧四芰ΡＷo設計原則，能力保護構件的承載能力是根據(jù)相鄰構件的承載能力確定的，所以墩柱的鋼筋配置越多，則樁基的配筋、塑性鉸區(qū)域箍筋、蓋梁配筋就越多。 </p><p>　?。矗┯捎诙罩桨涑休d能力越高，導致越矮的墩柱，其塑性鉸區(qū)域箍筋及與其相鄰的樁基、蓋梁配筋就越多。盡管《細 則》規(guī)定矮墩（墩 高／直徑＜２．５的墩）不采用

18、能力保護構件設計，但實際計算中發(fā)現(xiàn)，未達到矮墩標準，但墩柱很矮，接近矮墩的橋墩，按照能力保護構件設計，其樁基配筋和塑性鉸區(qū)域箍筋過多，甚至很難滿足構造要求。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　［１］ＪＴＧ／ＴＢ０２－０１—２００８公路橋梁抗震設計細則［Ｓ］． </p><p>　?。郏玻荩茫粒蹋裕遥粒危樱樱?/p>

19、ｉｓｍｉｃＤｅｓｉｇｎＣｒｉｔｅｒｉａ［Ｓ］． </p><p>　?。郏常荩剩裕牵模叮场玻埃埃饭窐蚝鼗c基礎規(guī)范［Ｓ］． </p><p>　?。郏矗荩剩裕牵模叮病玻埃埃垂蜂摻罨炷良邦A應力混凝土橋涵設計規(guī)范［Ｓ］． </p><p>　　［５］張樹仁，等．鋼筋混凝土及預應力混凝土橋梁結(jié)構設計原理［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００４． </p&g