縣東路涇河橋引橋抗震設計研究

楊根源，呂一新，徐百成，宮玉明

（中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710068）

1 橋梁概況

縣東路涇河大橋位于陜西省西咸新區涇河新城內，本橋橫跨涇河，為連接西咸的快速通道。涇河橋全長1299m，共分9聯，跨徑組合為：北引橋（2×（4×30m）+（35m+50m+43m）+3×（4×30m）+6×30m）+主橋（120m+120m）+南引橋（48m+50m+48m），主橋結構體系為120m+120m獨塔雙索面預應力砼斜拉橋；引橋結構體系為現澆預應力砼連續梁，下部橋墩采用雙柱式弧形橋墩，橋臺采用扶壁臺，基礎均為樁基礎。涇河橋引橋鳥瞰圖如圖1所示。

圖1 涇河橋引橋鳥瞰圖

2 主要技術標準

涇河橋道路等級屬城市快速路，雙向8車道，設計速度60km／h，汽車荷載為城—A級；北引橋橋面寬為52.5m，南引橋橋面寬為59.5m；橋梁地震動峰值加速度為0.2g，地震基本烈度8度，抗震設防措施等級為9度；本橋設計安全等級為一級，結構重要性系數取1.1。

3 抗震計算

3.1 性能設計目標

涇河橋引橋為城市快速路上的橋梁，工程場地位于地震動峰值加速度0.20g區（相當于地震基本烈度Ⅷ度）和反應譜特征周期0.40s區，場地類別為Ⅱ類。依據《城市橋梁抗震設計規范》（CJJ166—2011）（以下簡稱“抗震規范”），該橋屬于乙類橋梁，應采用A類橋梁抗震設計方法。在E1地震下（50年超越概率10%），引橋結構在彈性范圍內工作，構件基本無損傷；在E2地震下（50年超越概率2.5%），引橋主梁、橋墩、基礎可發生有限損傷，經搶修可恢復使用，永久性修復后恢復正常運營功能。

3.2 橋梁抗震耗能體系和抗震分析方法

因本橋橋面超寬達59.5m，上部主梁自重大；下部平均墩高11m，其自身剛度較大。在高地震烈度下，用墩柱硬抗很難通過，從延長結構周期、消耗地震能量、降低結構地震響應考慮，本橋結構采用Ⅱ型抗震耗能體系，支座選用具有減隔震功能的HDR高阻尼隔震橡膠支座及減隔震球型鋼支座。支座平面布置圖如圖2所示。

圖2 支座平面布置圖

本橋采用減隔振設計，屬于非規則橋梁，依據抗震規范，本橋可只進行E2地震作用下抗震設計和驗算，且在E2地震作用下，非規則橋梁應采用非線性時程計算方法。

3.3 結構模擬

本次計算應用MIDAS2010通用有限元程序，建立了橋梁的空間有限元模型，進行了動力特性分析、反應譜分析和非線性時程分析。橋梁結構（見圖3）模擬概況如下：

a）梁、柱采用空間桿單元，用集中質量代表單元質量，進行非線性時程分析時，墩柱采用鋼筋砼彈塑性空間梁柱單元；

b）HDR抗震支座采用鉛芯橡膠支座隔震裝置模擬，減隔震球型鋼支座采用彈簧模擬；

c）混凝土結構阻尼比采用0.05，時程分析采用瑞利阻尼；

d）考慮樁土的共同作用，采用有效長度嵌固法模擬；

e）對于典型結構邊界條件的影響分別采用橋墩或橋臺模擬；

在信息化教學的發展過程中，教師要具備一定的監控能力，確保教學活動的有效開展，通過準確的評價以此來得到合理的反饋，實現對教學活動的調節。在微課模式下要運用好教學活動，幫助學生掌握好重點知識。通過運用好微課技術，能夠借助信息化的數據來掌握學生的實際學習情況，同時也可以在信息化分析的基礎上來對教學效果進行評價。

f）不考慮伸縮縫處縱向連梁裝置的約束作用和相鄰梁端的縱向碰撞效應。

圖3 橋梁結構圖

3.4 地震動參數

依據涇河橋地震安全性評價報告，本橋橋址處10%、2.5%概率水平地震動持時分別為30s、32s，人工波時程間隔0.02s；10%、2.5%概率水平地震動峰值加速度Amax分別為0.239g、0.375g；10%、2.5%概率水平水平設計加速度反應譜Smax分別為0.598、0.938，Tg分別為0.45s、0.6s。

3.5 動力特性

動力特性是進行橋梁抗震性能分析的基礎。一般情況下，結構的前幾階自振頻率和振型起控制作用，計算中，為保證計算精度，采用了150階以上的振型，在計算方向的累計有效質量達95%以上。通過分析結構動力特性，得出以下結論：

a）本橋平面扭轉振型在前3階出現，耦合作用顯著，時程分析時應同時輸入X向水平地震波和Y向水平地震波；

b）前3階振型是引橋的基本模態，主要振動形式是上部結構的平動和扭轉；

c）上部結構和耗能構件（支座）相同的模型，橋墩較高的結構，墩柱剛度相對較小，可產生較大的柔性變形，能夠消耗更多的地震能量，延長自振周期。

現列舉4×30m跨徑模型前4階計算結果如下：

a）動力特征值 前4階動力特征值如表1所示；

表1 前4階動力特征值

b）基本模態 1階順橋向平動模態如圖4所示，2階橫橋向平動模態如圖5所示，3階水平扭轉模態如圖6所示。

圖4 1階順橋向平動模態

圖5 2階橫橋向平動模態

圖6 3階水平扭轉模態

3.6 墩柱狀態

根據抗震規范第7.3.8條，截面的等效屈服曲率φ和等效屈服彎矩M可通過等效的理想彈塑性彎矩—曲率曲線求得。現列舉4×30m跨徑M—φ曲線如下：其中順橋向M—φ關系見圖7，橫橋向M—φ關系見圖8。

圖7 順橋向M—φ關系圖

圖8 橫橋向M—φ關系圖

E2地震作用下，墩柱順橋向、橫橋向最大彎矩均小于相應的屈服彎矩，即墩柱處于彈性受力階段，開裂但未發生屈服。

4 構造措施

本橋橋址處地震基本烈度Ⅷ度，地震等級高。為了提高橋梁結構的抗震能力，除采用減隔震設計外，還采用了防落梁、減小沖擊力等抗震措施。具體構造措施如下：

a）在箱梁底部設置橫向防撞擋塊，擋塊與橋墩間隙按介于E1、E2地震梁與墩橫向相對位移之間控制；

b）在各聯聯端兩箱梁端橫梁之間、箱梁與橋臺背墻、主引橋過渡墩處設置鋼絞線拉索防止落梁裝置；

c）在各聯聯端箱梁腹板處設置2 片400mm×400mm×20mm的橡膠緩沖塊，每個箱梁端部共12片；

d）因采用減隔震支座，地震時橋梁上部相鄰各聯間位移增大，伸縮縫的伸縮量要相應提高；

e）適當增加墩柱塑性鉸區域的配箍率，提高了墩柱延性，使塑性鉸區作為潛在的耗能部位。

防落梁裝置布置如圖9所示。

圖9 防落梁裝置布置圖

5 結語

本橋設計時引用了減隔震的設計理念，有效地改善了橋梁在地震作用下的受力狀況。綜合分析本橋各聯不同跨徑、不同墩高組合的抗震計算結果，梁橋的減隔震設計有如下特點：

a）在地震等級較高，橋墩剛度較大的情況下，采用減隔震支座，能有效的減小橋梁下部受力；

b）減隔震設計在降低結構地震響應，改善橋梁下部受力的同時，會增加橋梁上部與下部間的相對位移，對此設計時必須采取合理的構造措施消除較大位移產生的不利影響；

c）減隔震設計所采用的高阻尼橡膠支座、防落梁裝置等構件在構造上對箱梁及墩臺結構尺寸要求較高，擬定構件尺寸時須充分考慮。

[1]葉愛君，管仲國.橋梁抗震[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2]顧安邦.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2000.

[3]同濟大學.城市橋梁抗震設計規范[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[4]重慶交通科研設計院.公路橋梁工程抗震設計細則[M].北京：人民交通出版社，2008.