常規(guī)結構橋梁抗震計算分析及延性設計探討

杜 永 超

(遼寧省交通規(guī)劃設計院有限責任公司，遼寧 沈陽 110166)

常規(guī)結構橋梁抗震計算分析及延性設計探討

杜 永 超

(遼寧省交通規(guī)劃設計院有限責任公司，遼寧 沈陽 110166)

采用有限元分析軟件MIDAS/civil建立常規(guī)橋梁全橋空間模型，分別采用不同的抗震設防烈度對下部結構進行計算分析，并對計算結果進行了對比分析，最終得出了一些有意義的結論。

下部結構，抗震計算，反應譜

橋梁抗震能力一直是橋梁建設中的重點，而常規(guī)橋梁占據(jù)著橋梁規(guī)模中的大多數(shù)，因此對常規(guī)橋梁進行抗震計算分析是很有必要的。本文針對常規(guī)的4×20 m連續(xù)結構，采用不同的地震烈度等級對墩柱進行強度驗算，并對地震動峰值加速度為0.1g和0.15g的地震狀況進行E2作用下的延性設計和計算。

1 計算模型說明

本文采用常規(guī)的一聯(lián)4×20 m跨徑建立全橋梁格模型，上部結構為先簡支后結構連續(xù)的預應力混凝土空心板橋。當考慮聯(lián)端為過渡墩時連續(xù)墩受力最不利，故計算模型選用兩側為過渡墩的4跨連續(xù)結構，全橋墩高均按20 m計。上部空心板采用C50混凝土，樁柱采用C30混凝土，墩柱采用1.4 m柱徑，配32根鋼筋，鋼筋直徑為25 mm。汽車荷載為公路Ⅰ級，結構安全等級為一級。

1.1 有限元模型

采用MIDAS/civil建立全橋有限元空間模型。上部主梁采用梁格法模擬，下部墩柱和蓋梁均采用梁單元模擬。并且為了保證設計的安全性和合理性，建模中將兩側的過渡墩也進行了模擬。全橋共2 271個梁單元,見圖1。

1.2 作用效應

1.2.1永久作用

1)結構重力：一期、二期恒載；2)預應力；3)混凝土的收縮及徐變作用；4)支座沉降：5 mm不均勻沉降。

1.2.2可變作用

1)汽車荷載；取偏載布置及中間布置兩種橫向分布，并考慮汽車沖擊力及汽車制動力;2)風荷載：百年風速(35.2 m/s)、運營風速(25 m/s)；3)溫度作用：整體作用取升溫24 ℃，降溫-43 ℃，不考慮溫度梯度；4)支座摩阻力：靜摩阻系數(shù)μ=0.06，摩阻力標準值為F=μW，W為作用于活動支座上由上部結構重力產(chǎn)生的效應。

1.2.3地震作用

1)二類常規(guī)場地條件；2)特征周期Tg=0.35 s；3)地震動峰值加速度分別取：0.05g,0.10g,0.15g。E1,E2地震作用均按反應譜計算。

1.3 邊界條件

1.3.1支座模擬

本橋采用板式橡膠支座，在支座未滑動的前提下，計算支座各項剛度參數(shù)如表1所示。

表1 支座剛度計算結果 kN/m

1.3.2樁基礎模擬

而對于樁基礎，由于其邊界為彈性約束，因而一般處理起來比較復雜。本文采用在墩底作用六個方向的彈簧等代樁基的作用，六個彈簧的剛度是豎向剛度、順橋向和橫橋向的抗推剛度、繞豎軸的抗扭剛度和繞兩個水平軸的抗彎剛度。樁基礎彈性剛度的計算方法與靜力計算相同，所不同的是土的抗力取值比靜力的大。

2 計算結果分析

2.1 墩柱強度驗算

分別計算了持久狀況及6個地震設計狀況的墩柱內(nèi)力值。由于次邊墩距離全橋溫度中心較遠，其溫度力較中墩偏大，且連續(xù)墩較簡支墩分配的制動力及豎向力較大，故次邊墩為本橋最不利橋墩，其計算結果及縱橫向強度驗算結果如表2所示。

表2 墩柱(次邊墩)內(nèi)力計算結果

根據(jù)計算結果可知，在7度區(qū)(地震動峰值加速度為0.10g，0.15g)的地震狀況下，永久作用與地震作用效應的組合內(nèi)力，已超過了墩柱在彈性狀態(tài)下的承載能力極限，進行延性設計。

2.2 墩柱延性設計

根據(jù)強度驗算結果，次邊墩在地震動峰值加速度取0.1g和0.15g時，E2作用下墩柱內(nèi)力已超過其承載能力極限，發(fā)生彈塑性變形。為提高柱底塑性鉸區(qū)域的變形能力，增加柱底截面的配箍率，并驗算柱頂位移量。根據(jù)能力保護構件原則對墩柱進行抗剪驗算。其計算結果如表3所示。

表3 墩柱(次邊墩)延性計算結果

3 結語

本文利用有限元分析軟件MIDAS/civil建立常規(guī)預制結構空間計算模型，分別采用不同的抗震設防烈度對下部結構進行計算分析，根據(jù)計算結果可得出以下結論：

1)在地震動峰值加速度為0.05g時，E1,E2地震作用下，墩柱強度驗算較持久狀況更為安全，可不進行延性設計。2)當墩柱需要延性設計時，按抗震細則要求最小體積含箍筋率配置箍筋，墩柱抗剪驗算及柱頂位移驗算結果滿足要求，且有較大富余度。

[1] 邵旭東.橋梁工程[M].第2版.北京:人民交通出版社,2007.

[2] JTG D60—2015,公路橋涵設計通用規(guī)范[S].

[3] JTG B02—2013,公路工程抗震設計規(guī)范[S].

[4] JTG/T B02—01—2008，公路橋梁抗震設計細則[S].

Seismiccalculationanalysisandductilitydesignofconventionalstructuralbridges

DuYongchao

(LiaoningProvincialTransportationPlanning&DesignInstituteCo.,Ltd,Shenyang110166,China)

In this paper, the finite element analysis software MIDAS/civil is used to establish the full bridge space model of the conventional bridge. The different seismic fortification intensity is used to calculate and analyze the substructure, and the results are compared and analyzed, and finally draws some meaningful conclusions.

substructure, aseismic calculation, response spectrum

2017-10-08

杜永超(1984- )，男，工程師

1009-6825(2017)35-0184-02

U442.55

A