用MIDAS按新《抗震細(xì)則》對(duì)橋梁進(jìn)行地震力分析

陳立楠 張俊波

1 研究背景

2008年8月發(fā)布、10月1日起實(shí)施的公路工程行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)JTG/T B02-01-2008公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則,是我國(guó)第一部專(zhuān)門(mén)的公路橋梁抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后,原JTJ 004-89公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中相應(yīng)部分被同時(shí)廢止。本文對(duì)利用該細(xì)則進(jìn)行規(guī)則橋梁的地震力分析進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹,闡述的主要是設(shè)計(jì)計(jì)算方法。

新《細(xì)則》采用的2水平設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)兩階段設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn):第1階段針對(duì)E1地震作用進(jìn)行彈性抗震設(shè)計(jì),橋梁可達(dá)到和89《規(guī)范》基本相當(dāng)?shù)目拐鹪O(shè)防水平;第2階段針對(duì)E2地震作用進(jìn)行延性抗震設(shè)計(jì)和相應(yīng)的能力保護(hù)設(shè)計(jì),確保橋梁結(jié)構(gòu)具有足夠的延性能力,并且只在預(yù)先設(shè)定的部位出現(xiàn)設(shè)定的可控的損傷,避免橋墩剪切破壞、結(jié)點(diǎn)或蓋梁破壞等脆性破壞模式的出現(xiàn)。

2 計(jì)算實(shí)例

2.1 基本參數(shù)

歸類(lèi)為Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地高速公路大橋中的橋。2 m×27 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁,墩柱2.6 m×1.6 m,擬定配筋縱筋26×14網(wǎng)格直徑25 HRB335鋼筋共80根,HRB335箍筋D14間距15 cm。墩柱高9 m,C30混凝土。主梁C50混凝土,梁高1.8 m,橋?qū)?.96 m,單箱單室,斷面如圖1所示,中墩采用固定支座,邊墩為活動(dòng)支座。上部結(jié)構(gòu)恒載反力中墩5 143.9+84.01+1 440.91=6 668.82 kN,邊墩1 805.99+18.46+460.33,上部總反力11 238.38 kN,按照新《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》計(jì)算得結(jié)構(gòu)基頻 f1=1.568 387 Hz,周期 T=1/f=0.637 6 s,B類(lèi)橋梁,設(shè)防烈度8度0.2g(0.3g)對(duì)應(yīng)E1為 0.43(0.5),對(duì)應(yīng) E2為1.3(1.7),括弧中的對(duì)應(yīng)高速公路和一級(jí)公路的大橋、特大橋。E1下 S=0.106 2g(0.185 3g),E2下 S=0.321 1g(0.629 9g)。

2.2 E1作用下的地震組合強(qiáng)度計(jì)算

地震力組合時(shí)分項(xiàng)系數(shù)取1.0,中橋配筋26φ 25滿足要求;大橋按0.2g基準(zhǔn)加速度配28φ 28滿足要求。大橋按0.3g基準(zhǔn)加速度不滿足要求。

N=1.2×7 604.8=9 125.76 kN,M=10 741.6 kN·m(大橋 0.3g標(biāo)準(zhǔn) M=18 742.3 kN·m;大橋 0.2g標(biāo)準(zhǔn) M=12 494.8 kN·m)。

2.3 E2作用下的彈塑性位移計(jì)算

應(yīng)用纖維單元進(jìn)行墩柱M—φ曲線計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2。

從截面應(yīng)力狀態(tài)發(fā)展過(guò)程錄像可以看出第136步為規(guī)范中的受拉鋼筋首次屈服特征點(diǎn)(φy′,My′),My′=12 230 kN·m,φy′=0.001 723 rad/m。

可以求出混凝土開(kāi)裂后用于全橋模型的塑性變形計(jì)算的墩柱等效剛度:

查新《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》附錄B可依次求得 φy,φu以及體積配箍率ρs等,最后求出塑性鉸長(zhǎng)度 Lp,從而得到變形控制值 Δu。

全橋模型的地震力分配及塑性位移計(jì)算:

由于水平地震力全部由中墩承擔(dān),對(duì)于該橋可以按材料力學(xué)公式直接求得:

大橋:δ=S/gxGxH3/(3EIeff)=24.23 cm。

一般橋梁:δ=12.35 cm。

Δd=cδ=12.35 cm(24.23 cm)＜Δu,滿足要求。

2.4 能力保護(hù)構(gòu)件計(jì)算

2.5 延性配筋構(gòu)造要求

最小體積含箍率和矩形截面:

其中,ηk為軸壓比,指結(jié)構(gòu)的最不利組合軸向壓力與柱的全截面面積和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積之比值;ρt為縱向配筋率。

橫向計(jì)算及多墩的情況與此類(lèi)似。

3 結(jié)語(yǔ)

相對(duì)于原89《規(guī)范》,新《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》在適用范圍、設(shè)防目標(biāo)和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)和分析方法等方面均作了大量修訂和改進(jìn),特別是在設(shè)計(jì)理念和方法上有重大改進(jìn),采用了2水平設(shè)防、2階段設(shè)計(jì)的抗震設(shè)計(jì)思想,引入了先進(jìn)的延性抗震設(shè)計(jì)方法和能力保護(hù)設(shè)計(jì)原則,實(shí)現(xiàn)了和國(guó)際先進(jìn)水平的接軌。本文分別從橋梁抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、橋梁延性抗震設(shè)計(jì)和能力保護(hù)設(shè)計(jì)等幾個(gè)主要方面進(jìn)行了簡(jiǎn)單地論述,其實(shí)為拋磚引玉,以利于對(duì)新規(guī)范的理解和掌握。

[1]JTJ 004-89,公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JTG/T B02-01-2008,公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則[S].

[3]范立礎(chǔ).橋梁抗震[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1997.