連續剛構箱梁橋抗震能力分析方法

王逸庶，瞿 翔，劉 敏

(云南省公路工程監理咨詢有限公司，云南昆明 610031)

連續剛構橋是指墩梁固結的連續梁橋，多采用箱型梁橋形式，鑒于其墩梁固結體系，連續剛構橋具備T形鋼構橋和連續梁橋的優點[1]。由于連續剛構橋施工簡便，結構受力明確，已成為大跨度預應力混凝土橋梁的首選橋型[2]。連續剛構梁橋墩塔固結的結構形式在減少支座費用的基礎上，還改善了橋梁結構在地震荷載中的抗震性能。由于橋梁結構屬于靜定或超靜定結構，對地震荷載作用較為敏感，因此選擇適宜的橋梁抗震性能分析方法對連續剛構橋設計尤為重要[3-4]。

為此，文章以數值模擬為分析手段，結合某連續剛構箱梁橋進行了抗震能力分析，用以指導該橋梁的設計。

1 工程概況

某連續剛構橋橋跨布置為(62+105+62)m的箱梁，單箱單室，支點梁高6.5 m，跨中梁高2.8 m。橋寬：0.5(欄桿)+16(行車道)+0.5(欄桿)=17m。設計活載為公路-I級縱橋向預應力材料采用270級低松弛預應力鋼絞線，標準強度fpk=1860MPa，彈性模量Ep=1.95×105MPa。預應力束均采用Φs15.2(7×5)鋼絞線組成，預應力管道采用預埋鋼波紋管成型，預應力錨固體系采用OVM15系列。橋梁混凝土采用C50混凝土，具體參數如表1所示。

表1 連續剛構橋混凝土參數

2 有限元模型

2.1 模型參數

根據GB 18306-2015《中國地震動參數區劃圖》[5]，路線未見新活動性構造發育。本段高速公路地震基本烈度為Ⅶ度。線路50年超越概率10 %的一般場地(中硬)地震動峰值加速度為0.10g，地震動反應譜特征周期為0.40 s。

根據規范表3.1.2判定本橋梁抗震設防類別為B類，依據規范5.2條設計加速度反應譜最大值Smax=2.25CiCsCdA。

其中水平向設計基本地震動加速度值A=0.1g；抗震重要性系數Ci按規范中相關規定進行取用，E1地震作用下Ci=0.5，E2地震作用下Ci=1.7；II類場地系數Cs=1.0，阻尼調整系數Cd=1，特征周期Tg=0.4。抗震計算采用作用組合如下：

(1)永久作用，包括結構重力(恒載)、預應力、土壓力、水壓力。

(2)地震作用，地震動作用和地震土壓力、水壓力。

2.2 模型的建立

連續剛構橋的抗震計算采用空間模型，模型依據規范建模原則考慮上下部和地基的共同剛度。E2地震作用下順橋向活動支座考慮恒載作用下支座滑動摩阻力，動摩擦系數u=0.03，考慮樁土共同作用時表征土介質彈性值的“m”法參數采用動載md靜載mj的關系為md=(2～3)mj。具體模型見圖1。

第一層素填土厚度約1.5m。γ平均值為18.5kN/m3，根據工程經驗取值C=2kPa，Φ=30°(下同)。

圖1 連續剛構橋62+105+62抗震計算模型

2.3 計算工況

本次連續剛構橋的抗震計算主要針對2種工況進行抗震計算，具體如下：

工況一：E1地震作用：永久作用+地震作用；

工況二：E2地震作用：永久作用+地震作用+支座滑動摩阻力。

3 抗震分析結構

對連續剛構橋分為進行順橋向和橫橋向的E1和E2地震作用的抗震分析，具體結果如下。

3.1 E1地震作用強度計算結果

3.1.1 順橋向計算結果

抗震分析中E1地震作用下順橋向的彎矩包絡圖如圖2所示，將相應位置的計算結果極值列入表2。

圖2 E1地震順橋向彎矩包絡圖

結構類型單元位置彎矩-y/(kN?m)剛構墩103J[108]73211.68剛構墩樁基130I[137]6476.58

由圖2可知，E1地震作用下連續剛構橋的順橋向彎矩包絡圖沿跨中呈對稱分布，且主要集中在墩梁固結位置，可見結構剛度的提升會加大自身在地震荷載作用下的順橋向彎矩值。將連續剛構橋順橋向強度列入表3。

表3 連續剛構橋順橋向強度

從橋墩、樁基順橋向驗算結果表中可以看出在E1地震作用下：橋墩、樁基強度滿足現行規范要求。

抗震分析中E2地震作用下順橋向的彎矩包絡圖如圖3所示，將相應位置的計算結果極值列入表4。

圖3 E2地震橫橋向彎矩包絡圖

結構類型單元位置彎矩-y/(kN?m)剛構墩103J[108]81316.15剛構墩樁基130I[137]6413.39

由圖3可知，E1地震作用下連續剛構橋的彎矩包絡圖沿橫橋向基本對稱分布，同樣主要集中在墩梁固結位置，可見結構剛度的提升會加大自身在地震荷載作用下的橫橋向彎矩值。將連續剛構橋橫橋向強度列入表5。

表5 連續剛構橋橫橋向強度

從橋墩、樁基橫橋向驗算結果表中可以看出在E1地震作用下：橋墩、樁基強度同樣滿足現行規范要求。

3.2 E2地震作用強度計算結果

3.2.1 順橋向計算結果

抗震分析中E2地震作用下順橋向的彎矩包絡圖如圖4所示，將相應位置的計算結果極值列入表6。

圖4 E2地震順橋向彎矩包絡圖

結構類型單元位置彎矩- z/(kN?m)剛構墩103J[108]189931.29剛構墩樁基130I[137]14669.92

由圖4可知，考慮支座滑動摩阻力后，E2地震作用下連續剛構橋的順橋向彎矩包絡圖仍沿跨中呈對稱分布，此外，E2地震作用下彎矩最大值出現位置與E1地震作用下結構位置一致：同樣主要集中在墩梁固結位置，將連續剛構橋順橋向強度列入表7。

表7 連續剛構橋順橋向強度

從橋墩、樁基順橋向驗算結果表中可以看出在E2地震作用下：橋墩、樁基強度滿足現行規范要求。

3.2.2 橫橋向計算結果

抗震分析中E2地震作用下順橋向的彎矩包絡圖如圖5所示，將相應位置的計算結果極值列入表8。

圖5 E2地震橫橋向彎矩包絡圖

表8 橋墩橫橋向最大彎矩對應結果

由圖5可知，考慮支座滑動摩阻力后，E2地震作用下連續剛構橋的彎矩包絡圖沿橫橋向基本對稱分布，同樣主要集中在墩梁固結位置。將連續剛構橋橫橋向強度列入表9。

表9 連續剛構橋橫橋向強度

從橋墩、樁基橫橋向驗算結果表中可以看出在E2地震作用下：橋墩、樁基強度同樣滿足現行規范要求。

4 結束語

本文結合某單箱單室連續剛構橋，對永久作用和地震作用下及是否考慮支座滑動摩阻力兩種工況下，連續剛構梁橋的抗震性能進行分析，結果表明兩種工況下連續梁橋順橋和橫橋向的橋墩、樁基強度同樣滿足現行規范要求。