某高速公路的橋梁抗震設(shè)計(jì)分析

1、<p>　　某高速公路的橋梁抗震設(shè)計(jì)分析</p><p>　　摘要：本文作者結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)某高速公路的橋梁抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，以期參考交流。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高速公路；橋梁；抗震設(shè)計(jì)； </p><p>　　中圖分類號(hào)： U412.36+6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　1、工程概

2、況 </b></p><p>　　某高速公路項(xiàng)目路線主要沿河谷布設(shè)，橋梁數(shù)量較多，但主要以２０ｍ和２５ｍ裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋?yàn)橹?，上部結(jié)構(gòu)采用２００８版通用圖，下部結(jié)構(gòu)多采用圓柱式橋墩、柱式或板凳式橋臺(tái)，橋高在２０ｍ以下，本文主要介紹設(shè)計(jì)中對(duì)這些常規(guī)橋梁進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的情況。 </p><p>　　2、計(jì)算模型及主要參數(shù) </p><p>　　本項(xiàng)

3、目抗震分析主要依據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》（ＪＴＧ／ＴＢ０２－０１—２００８）（以下簡(jiǎn)稱《細(xì)則》）進(jìn)行。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（ＧＢ１８３０６— </p><p>　　，項(xiàng)目所在區(qū)域地震動(dòng)峰值加速度為０．２０ｇ，場(chǎng)地特征周期為０．４５ｓ。根據(jù)《細(xì)則》，這些常規(guī)橋梁均為Ｂ類橋梁，且進(jìn)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(shí)卵石，地基土的比例系數(shù)ｍ取為４００００ｋＮ／ｍ２。計(jì)算采用多振型反應(yīng)譜法

4、進(jìn)行，建模采用ＭＩＤＡＳ／ＣＩＶＩＬ２０１０軟件，上部結(jié)構(gòu)采用梁格模型，下部結(jié)構(gòu)采用空間桿系模型，上下部結(jié)構(gòu)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(xì)則》計(jì)算，樁與土的相互作用采用土彈簧進(jìn)行模擬，彈簧剛度計(jì)算按照《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行，并考慮了２．０的動(dòng)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(yù)應(yīng)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(jìn)行Ｅ１和Ｅ２地震作用下的抗震計(jì)算，其中墩柱作為延性構(gòu)件考慮。 </p><p>　　3.1 Ｅ１地震作用下的計(jì)算 </p><p>　　本階段是彈性計(jì)算，計(jì)算后應(yīng)用計(jì)

6、算結(jié)果對(duì)墩柱、蓋梁、基礎(chǔ)進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。 </p><p>　　3.2 Ｅ２地震作用下的計(jì)算 </p><p>　　對(duì)于矮墩（高寬比＜２．５），計(jì)算后應(yīng)用計(jì)算結(jié)果對(duì)墩柱、蓋梁、基礎(chǔ)進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。 </p><p>　　對(duì)其他橋墩（高寬比≥２．５），按下列過程進(jìn)行計(jì)算。 </p><p>　　3.2.1 墩柱Ｐ－Ｍ－φ曲線計(jì)算 </p>

7、;<p>　?。牛沧饔孟?，墩柱往往進(jìn)入彈塑性階段，進(jìn)行這個(gè)階段分析時(shí)，墩柱的軸力—彎矩—曲率曲線（即Ｐ－Ｍ－φ曲線）是重要的計(jì)算參數(shù)。提供Ｍ－φ曲線計(jì)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(jì)算時(shí)采用的約束混凝土本構(gòu)關(guān)系采用的一般是Ｍａｎｄｅｒ模型，該模型中的混凝土抗壓強(qiáng)度參數(shù)采用的是圓柱體抗壓強(qiáng)度，而我國(guó)規(guī)范中混凝土強(qiáng)度參數(shù)采用的是立方抗壓強(qiáng)度，因此計(jì)算時(shí)一般要乘以０．８５的換算系數(shù)。本文

8、計(jì)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(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（ＪＴＧＤ６２—２００４）中的值。 </p><p>　　計(jì)算中采用的軸力，即“Ｐ－Ｍ－φ”中的“Ｐ”值，《細(xì)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(jì)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(yàn)算 </p><p>　　根據(jù)《細(xì)則》7.4.3計(jì)算其最大容許轉(zhuǎn)角，根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》7.4.7計(jì)算得順橋向墩頂容許位移。根據(jù)Ｍ－φ曲線，利用《細(xì)則》6.1.6式計(jì)算得截面有效抗彎慣性矩： </p><p>　?。桑澹妫妫剑停眨牛銓ⅲ停桑模粒樱茫桑郑桑棠Ｐ椭袠蚨盏慕孛婵箯潙T性矩用上面計(jì)算的結(jié)果

10、替代，進(jìn)行Ｅ２作用下的計(jì)算，得墩頂最大順橋向位移并進(jìn)行驗(yàn)算。 </p><p>　　3.2.3 橫橋向位移驗(yàn)算 </p><p>　　根據(jù)根據(jù) 《細(xì)則》7.4.8，采 用ＭＩＤＡＳ／ＣＩＶＩＬ２０１０對(duì)橋墩進(jìn)行ＰＵＳＨＯＶＥＲ分析，計(jì)算得塑性鉸達(dá)到最大容許轉(zhuǎn)角時(shí)的墩頂位移，其即為容許位移。將ＭＩＤＡＳ／ＣＩＶＩＬ計(jì)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(jìn)行Ｅ２作用下的計(jì)算，

11、即得墩頂最大橫橋向位移并驗(yàn)算。 </p><p>　　2.3 能力保護(hù)構(gòu)件計(jì)算 </p><p>　　根據(jù)《細(xì)則》6.8條、7.3條進(jìn)行對(duì)墩柱抗剪、蓋梁抗彎抗剪，樁基強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。 </p><p>　　2.4 墩柱體積含箍率驗(yàn)算 </p><p>　　根據(jù)《細(xì)則》8.1.2條，對(duì)塑性鉸區(qū)域配箍率進(jìn)行驗(yàn)算。 </p><p

12、>　　4、計(jì)算結(jié)果及配筋設(shè)計(jì)方案 </p><p>　　墩柱的配筋設(shè)計(jì)可根據(jù)靜力計(jì)算和Ｅ１作用計(jì)算結(jié)果配置主筋。再以墩柱配筋作為輸入進(jìn)行Ｅ２作用計(jì)算和能力保護(hù)構(gòu)件計(jì)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(jì)算發(fā)現(xiàn)，對(duì)本項(xiàng)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(jì)算內(nèi)力較小，所需配置的鋼筋較少，大部分按構(gòu)造配筋即可。

13、《細(xì) 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(shè)計(jì)規(guī)范》（ＪＴＪ００４—８９）計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)，該配筋率偏低。參考美國(guó)加州《ＣａｌｔｒａｎｓＳｅｉｓｍｉｃＤｅｓｉｇｎＣｒｉｔｅｒｉａ》（《細(xì)則》中很多計(jì)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(yàn)算均通過。在根據(jù)能力保護(hù)原則計(jì)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(shí)將樁基鋼筋每?jī)筛皇贾茫蛊涫鴶?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?cái)嘁怨?jié)約造價(jià)。根據(jù)上述原則兩種典型跨徑不同墩高下的配筋設(shè)計(jì)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(jì)算結(jié)果中可發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律。 </p><p>　?。保┰诒卷?xiàng)目所在區(qū)域和公路等級(jí)條件下，能力保護(hù)構(gòu)件計(jì)算控制構(gòu)件配筋。 </p><p>　?。玻?/p>

15、由于采用了能力保護(hù)構(gòu)件設(shè)計(jì)，作為能力保護(hù)構(gòu)件的樁基礎(chǔ)，其主筋配置較《細(xì)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(xì)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(xì)則》能力保護(hù)構(gòu)件計(jì)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(yǔ) </b></p><p>　　通過本項(xiàng)目所做的分析及與以前設(shè)計(jì)的對(duì)比發(fā)現(xiàn)以下結(jié)論。 </p><p>　?。保都?xì)則》實(shí)施后對(duì)橋梁的抗震能力進(jìn)行了有針對(duì)性的加強(qiáng)。 </p><p>　?。玻都?xì)則》對(duì)于墩柱的抗彎并沒有提高要求，以

17、前設(shè)計(jì)的橋梁墩柱，仍可滿足要求。 </p><p>　?。常┯捎诓捎昧四芰ΡＷo(hù)設(shè)計(jì)原則，能力保護(hù)構(gòu)件的承載能力是根據(jù)相鄰構(gòu)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?，其承載能力越高，導(dǎo)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(xì) 則》規(guī)定矮墩（墩 高／直徑＜２．５的墩）不采用

18、能力保護(hù)構(gòu)件設(shè)計(jì)，但實(shí)際計(jì)算中發(fā)現(xiàn)，未達(dá)到矮墩標(biāo)準(zhǔn)，但墩柱很矮，接近矮墩的橋墩，按照能力保護(hù)構(gòu)件設(shè)計(jì)，其樁基配筋和塑性鉸區(qū)域箍筋過多，甚至很難滿足構(gòu)造要求。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　?。郏保荩剩裕牵裕拢埃玻埃薄玻埃埃腹窐蛄嚎拐鹪O(shè)計(jì)細(xì)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(chǔ)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(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范［Ｓ］． </p><p>　?。郏担輳垬淙?，等．鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００４． </p&g