裝配式預應力混凝土連續T梁橋抗震性設計思路

王智明

（中鐵二院重慶勘察設計研究院有限責任公司，重慶 400023）

裝配式預應力混凝土連續T梁橋在現代化橋梁建設領域中具有舉足輕重的地位，兼具結構完整、施工便捷、經濟效益高等多重優勢。然而，由于地震災害的擾動性較強，易導致橋梁結構發生失穩甚至坍塌等異常狀況，因此做好抗震設計工作十分必要。

1 工程概況

云陽縣內環為城市組團的重要連接渠道，可高效串聯舊城組團、龍興組團和北部新區組團，在城市交道路體系中具有重要地位。根據計劃，分3期依次完成相應路段的施工。其中，一期施工范圍為K0+000～K1+800，即青龍街道復興段，長度為1.8km，采取城市主干道建設標準，雙向四車道，設計速度為40km/h。

2 建模

地震易影響橋梁結構的穩定性，甚至發生坍塌事故，現階段的支座形式豐富，在應用時需兼顧自振周期、墩頂位移、支座剪切位移等多項指標，展開對比分析，提出可行的支座應用方案。對此，通過軟件建模，分析橋梁在變形和內力方面的具體情況，從而判斷支座的應用效果，給設計及施工提供參考[1]。

以Midas Civil為主要建模工具，根據既有工程信息建模，主要結構包含T梁、橋墩、承臺及樁基礎。此類結構均采取梁單元模擬的方式，共創建1632個單元、2046個節點。模型基本情況如圖1所示。

圖1 橋梁結構立面圖

通過點彈簧的方式對樁基形成約束，且在模擬期間充分關注樁間土所帶來的影響。對于非巖石地基，此地質條件下的抗力系數與基礎埋深具有正比變化特性，可參照靜力計算方法，以相同的方法確定樁基點彈簧剛度[2]。

3 結果與分析

以橋梁自重和活載設計標準為基本參考，分別對文章所提的三種支座（橡膠、盆式、減震）應用狀態下的連續T梁橋抗震性能展開分析，從中明確各自的應用效果，確定合適的支座布置方式。支座布置方案具體如表1所示。

表1 不同類型支座布置方案

3.1 墩頂位移分析

從連續T梁橋的結構特性來看，橫橋向剛度明顯超過縱橋向剛度，若現場發生地震災害，此時橋梁縱向破壞的概率較高，為較普遍的質量問題。對此，在圍繞橋梁抗震性能展開分析時，需重點考慮到墩頂的縱向位移情況。經計算，各方案對應的墩頂縱向位移量如表2所示。

表2 不同方案墩頂位移計算結果 單位：mm

結合表2內容展開分析，對于減震支座和板式橡膠支座兩種形式，各自在2#、3#、4#墩頂最大水平位移方面的表現僅存在微小的差別，減震支座的橋墩存在較明顯的位移現象，其主要與該類支座的大剛度特性有關。相比之下，板式橡膠支座能夠對全橋結構產生較強的約束力。對比方案一和方案二可知，若采用盆式活動固定支座，此條件下墩頂水平位移相對較大。就方案二而言，雖然2#、4#的墩頂位移得到一定程度的控制，但3#墩的位移明顯偏高，為157.5mm，存在極為明顯的縱向變形現象，易破壞橋梁結構的穩定性。對于方案四，其墩頂的最大水平位移也異常偏大。因此，從縱向破壞的角度來看，在多種支座形式中，板式橡膠支座或減震支座所造成的結構縱向破壞相對較小，有助于提高橋梁的抗震能力[3]。

3.2 內力分析

根據各支座布置方案的特點，利用有限元軟件展開計算分析，確定橋梁的縱向彎矩值，并取其中的最大值，由此展開對比分析，從而探討不同支座形式下的橋梁內力分布特點。匯總各項內力計算數據，所得結果如表3所示。

表3 不同方案橋墩內力計算結果 單位：kN·m

根據表3內容展開分析，就橋梁墩結構最大縱向彎矩而言，板式橡膠支座和減震支座在此方面幾乎相同，主墩內力分布具有均勻性，盡管橋梁受到地震災害的影響，主墩的內力分布依然可保持相對均勻的狀態，此時橋梁的抗震能力較強。若采取方案四，可以發現各墩的最大縱向彎矩并無明顯差異，但橋梁的總體受力性能略遜色于方案一和方案二。并且，若選擇的是方案二，此時應用效果較好的有2#墩和4#墩，兩處結構的最大縱向彎矩較小，但不足之處在于3號墩的最大縱向彎矩明顯偏高。

這表明，若采取的是盆式支座形式，橋墩各墩的縱向彎矩相對較大，易出現墩結構受力不均的現象；若選擇的是板式橡膠支座或減震支座，橋墩縱向受力和內力狀態都得到有效的改善，全橋的抗震性能良好[4]。

3.3 支座位移分析

根據各支座布置方案的特點，利用有限元軟件展開計算分析，確定橋梁各墩支座位移情況，并取其中的最大值，展開對比分析，從而探討不同支座形式下的支座位移變化特點。匯總各項計算數據，所得結果如表4所示。

表4 不同方案支座位移計算結果 單位：mm

由表4可知，隨著支座布置方案的變化，各自產生的支座位移量也發生較大幅度的改變。若為板式橡膠支座或兩個盆式活動支座，可以發現此時各墩支座的位移量可維持在較小的狀態，各自的最大值依次為9.26mm和2.54mm；若選擇的是減震支座，則隨之出現各墩支座位移量異常增加的情況，各處不盡相同，最大為36.9mm。

方案二采取的是1個盆式固定支座+2個活動支座的組合形式，可見各墩支座的位移量存在較顯著的差異，以3#墩最小，為3.2mm；但2#墩和4#墩均表現出支座位移偏大的特點，各自依次為121.5mm和124.2mm。這說明若選擇的是板式橡膠支座，各墩墩頂的變形量可得到良好的控制，在地震作用下全橋的抗震性能良好，而在采取1個盆式活動支座時也具有相類似的應用效果；若為減震支座或是2個盆式活動支座，則會帶來墩頂變形異常增加的情況，全橋穩定性欠佳，受地震的破壞性作用，橋梁失穩概率較大[5]。

4 總結

綜上所述，文章以有限元軟件建模分析為主要方法，從多個方面展開對比分析，明確各類型支座的應用特點，以期給抗震設計提供參考。現就文章研究內容作如下總結：

（1）若選用盆式支座，可以發現墩頂縱向位移量相對較大，最大值為157.6mm，削弱橋梁抗震能力；若選擇的是板式橡膠支座或減震支座，可有效解決墩頂縱向位移偏大的問題。

（2）通過盆式支座的應用，可以發現橋墩縱向彎矩明顯偏大，最大為16037.7kN·m；若選擇的是板式橡膠支座或減震支座，則能夠大幅度減小橋墩彎矩值，普遍集中在4811～5238kN·m，與此同時橋梁受力更為合理。

（3）應用板式橡膠支座或選擇1個盆式活動支座時，此條件下的橋梁支座變形量可得到有效的控制，各墩的變形差異較小，在發生地震災害時橋梁的抗震性能良好。