大跨徑長聯軌道交通工程連續梁橋抗震設計

岳章勝，蔣海軍，王利偉，張魯明

（青島市政工程設計研究院，山東 青島 266101）

大跨徑長聯軌道交通工程連續梁橋抗震設計

岳章勝，蔣海軍，王利偉，張魯明

（青島市政工程設計研究院，山東 青島 266101）

采用反應譜法對大跨徑長聯軌道交通工程連續梁橋進行了E1和E3地震下的縱、橫向的地震反應分析，并根據規范進行了驗算。計算結果表明：對只設置一個制動墩的大跨徑長聯連續梁，在不設置粘滯阻尼器但考慮活動墩摩阻力的情況下，E1地震彈性狀態和E3地震塑性狀態下的抗震能力驗算均可滿足規范要求。

大跨徑長聯；抗震分析；制動墩；反應譜

1　工程概述

青島市紅島—膠南城際軌道交通工程 （R3線）位于青島市黃島區，包括經濟技術開發區、靈山衛影視文化產業區、新區中心區、古鎮口創新示范園、董家口經濟區五個片區。工程起于黃島區嘉陵江路站，依次沿嘉陵江路——井岡山路——濱海大道——泰山路——上海路——濱海大道——貢北路及產業一路敷設，終于董家口火車站，并預留延伸至日照條件。R3線路全長70.14 km，其中地下線18.32 km，高架線49.28 km，地面線2.54 km。橋梁在跨越風河河道處，設置一聯46 m+65 m+ 65 m+46 m=222 m的雙線懸澆連續箱梁。梁體采用單箱單室變高度箱形截面，中支點截面梁高4.0 m，合攏段梁高2.2 m。箱梁頂寬9.84 m，底寬5.84 m，懸臂長2 m。箱梁采用直腹板，腹板厚50～75 cm，支座采用CGQZ球鋼支座。采用獨柱橋墩，中墩采用2.8 m×4 m的圓端形墩，承臺尺寸為8.6 m（橫橋向）×8.6 m（縱橋向）×3.0 m（高），承臺底采用9根直徑1.2 m樁基，橫橋向3排，順橋向3排，樁間距均為3.2 m；邊墩采用2.7 m×3 m的圓端形墩，承臺尺寸為6.0 m（縱向）×8.0 m（橫向）×2.5 m（高），承臺底采用6根直徑1.2m樁基，橫橋向3排，樁間距2.9 m，順橋向2排，樁間距3.8m。墩高均為10.5 m，僅設置一個中墩為制動墩，其余橋墩均為縱向活動墩，樁基嵌入中風化花崗巖不小于2.5 m。

2　計算模型及主要參數

依據山東省地震工程研究院編制的《青島市西海岸城際軌道交通工程場地地震安全性評價報告》，工程場地50 a超越63%概率地震峰值加速度為29 cm/s2，50 a超越10%概率地震峰值加速度為85 cm/s2，50 a超越2%概率地震峰值加速度為165 cm/s2，地震動放大系數為2.7，特征周期為0.4 s。承臺底0～5 m深地基土主要為粉質粘土，5～9.6 m深地基土為粗礫砂；9.6～25.2 m深地基土為強風化花崗巖；25.2 m以下為中等風化安山巖。

本橋抗震設防類別屬于重點設防類，根據《城市軌道交通結構抗震設計規范》可采用反應譜法進行E1地震作用下的抗震驗算，采用彈塑性反應譜法進行E3地震作用下的抗震驗算，并滿足相關構造和抗震措施要求。本文按照規范要求進行E1和E3地震作用下多振型反應譜分析。建模采用MIDAS/Civil軟件，上部結構采用單梁模型，下部結構采用空間桿系模型，樁與土的相互作用采用土彈簧進行模擬，彈簧剛度計算參照《鐵路橋涵地基和基礎設計規范》（TB10002.5-2005）進行，并考慮了2.5的動力放大系數［1］。

3　計算圖式

該橋的動力特性分析采用空間結構計算圖式，由于截面為箱型，故采用單主梁模型，橋墩按實際尺寸模擬，本橋需進行E1和E3地震作用下的抗震驗算，見圖1、圖2。

圖1　全橋模型

圖2　E1地震設計反應譜

3.1墩梁約束模擬

抗震計算模型考慮上下部的共同剛度，支座和橋墩剛度串聯計算。由于E1地震力較小，偏安全不考慮活動墩的支座摩阻力影響，支座活動方向釋放約束，盆式支座固定方向剛度可視為無限大，取DX=DY=DZ=10 000 000 kN/m。由于E3地震力大，對不設置粘滯阻尼器的長聯大跨徑連續梁橋應需慮活動墩支座摩阻力的影響，活動支座采用雙折線彈性連接模擬。

3.2樁基約束模擬

橋梁抗震分析模型考慮樁土的共同作用，樁土的共同作用采用等代土彈簧模擬，等代土彈簧的剛度采用表征土介質彈性值的m參數來計算。

式中：a為土層厚度；b為該土層在垂直于計算模型所在平面的方向上的寬度；z為土層深度；m為土層水平抗力系數的比例系數，m動=2.5 m靜。

4　 E1地震作用下的驗算

根據《城市軌道交通結構抗震設計規范》（GB50909-2014），E1地震作用下結構處于彈性受力狀態，在橋墩、蓋梁、承臺、樁基滿足主力、主力+附加力荷載工況受力要求的前提下，進行主力+特（地震荷載）荷載工況下的驗算，各構件受力驗算均滿足規范要求，見圖3、圖4和表1。

圖3　E1順橋向地震力

圖4　E1橫橋向地震力

表1　橋墩驗算結果

5　 E3地震作用下的彈塑性位移驗算

E3地震作用下，由于地震峰值加速度大，地震引起的結構內力也大，結構一般進入塑性狀態，如果按照彈性狀態來進行E3地震作用下的結構設計，結構尺寸太大，不經濟，也不美觀。采用反應譜法并考慮活動墩支座摩阻力計算得到E3地震作用下制動墩底順橋向彎矩為112 844 kN·m，橫橋向彎矩為126 430 kN·m。依據橋墩約束混凝土、非約束混凝土及鋼筋的應力應變關系，可得到恒載軸力作用下的橋墩的M-φ曲線［2］，見圖5、圖6和表2。

圖5　E3順橋向地震力

圖6　E3橫橋向地震力

表2　橋墩彎矩-曲率曲線計算結果

由于E3地震結構下制動墩的縱橋向及橫橋內力分別大于橋墩的縱橋向及橫橋內力等效屈服彎矩，故在E3地震下橋墩均已屈服，需對橋墩進行剛度修正后驗算墩頂位移，見表3。

同時根據規范對橋墩抗剪、蓋梁、樁基、承臺等能力保護構件驗算，均滿足規范要求［3］，見表4。

表3　E3地震作用下墩頂塑性位移驗算

表4　橋墩抗剪能力驗算

6　結論

本文通過對跨越風河的一聯46 m+65 m+65m+ 46 m=222 m變截面連續梁軌道交通工程橋梁進行E1和E3地震反應譜分析，計算結果表明，在E1地震下，橋墩處于彈性狀態，達到小震不壞的設防要求；在E3地震下，由于地震峰值加速度大，橋墩屈服，進入塑性狀態，但墩頂塑性位移及能力保護構件承載能力均能滿足規范要求，滿足大震不倒的設防要求。

［1］范立礎.橋梁抗震［M］.上海:同濟大學出版社，1996.

［2］GB50909-2014，城市軌道交通結構抗震設計規范［S］.

［3］GB50157-2013，地鐵設計規范［S］.

U442.5+5

B

1009-7716（2016）06-0129-03

2016-02-23

岳章勝（1981-），男，湖北孝感人，工程師，從事橋梁設計工作。