連續梁橋抗震設計

郁莉莉 南通市市政工程設計院有限責任公司

1 前言

2008 年的汶川大地震，讓我們意識到橋梁設計人在抗震設計上的不足。為減輕結構的地震破壞，避免人員傷亡，減少經濟損失，建設部制定了《城市橋梁抗震設計規范》。規范采用兩水準設防、兩階段設計的抗震設計思想，為橋梁結構抗震理論和方法提供了指導依據，明確要求加強抗震設計。

2 橋梁概況

本橋位于某城市快速路上，跨度布置為兩聯2m×30m。上部結構采用預應力混凝土連續箱梁，梁高1.8m，主梁采用單向四室結構。梁寬26.1m，橋梁橫斷面為整幅式，雙向六車道布置，中央設隔離墩。下部結構采用矩形橋墩，橋墩采用（1.8m×1.8m）斷面，交接墩處設置蓋梁。基礎采用樁基接承臺基礎，每個承臺下設6根樁徑1.5m的灌注樁，樁長均為50m。

3 計算參數選用

3.1 抗震設防分類和設防標準

查《城市橋梁抗震設計規范》第三章，該橋抗震設防分類為乙類，E1 地震作用震后立即使用，結構總體反應在彈性范圍，基本無損傷；E2 地震作用后經搶修可恢復使用，永久性修復后恢復正常運營功能，有限損傷。該城市的基本裂度為7度，設計地震分組為第二組，據地勘資料，此項目場地類別為Ⅲ類，特征周期為0.55s，由于等效剪切波速值（平均值162.7m/s）處于場地類別的分界線附近，故按插值方法確定擬建場地設計特征周期為0.66s。

3.2 地震調整系數取值

表1 地震調整系數Ci

3.3 計算水平向設計加速度反應譜值

Smax=2.25A，代入數值，得到E1 階段，Smax=0.14g；E2 階段，Smax=0.5g。

圖1 E1地震作用下水平向設計加速度反應譜

圖2 E2地震作用下水平向設計加速度反應譜

4 地震作用計算

利用有限元計算軟件midas civil 建立模型，并以《城市橋梁抗震設計規范》為標準進行驗算。圖3 為計算模型圖，節點數量599個，單元數量542個，邊界條件數量30個。

圖3 計算模型圖

表2 E1作用下橋墩強度驗算表

4.1 E1地震作用下橋墩強度驗算

E1 地震作用下，橋墩處于彈性階段，主要驗算橋墩的抗壓、抗彎強度。表2是按偏心受壓構件進行驗算的結果。

4.2 E2地震作用下橋墩強度驗算

在E2 地震作用下，首先判斷橋墩是否進入塑性狀態。表3是假定橋墩在E2地震作用下還處于彈性階段的驗算結果。

計算結果表明，橋墩已經進入了塑性狀態。當橋墩進入塑性狀態時，應驗算橋墩墩頂的位移、塑性鉸抗剪強度。

4.3 E2地震作用下橋墩墩頂位移的計算

E2地震作用下墩頂位移的計算方法，《城市橋梁抗震設計規范》共給出了三種，第一種是考慮彈塑性效應，按彈性方法計算出的地震位移乘以考慮彈塑性效應的地震位移修正系數，簡稱修正系數法；第二種是在塑性鉸區插入能反應結構彈塑性動力行為的單元后再計算，簡稱塑性鉸法；第三種是考慮延性構件截面開裂，進行剛度折減后再計算，簡稱等效剛度法。本文采用等效剛度法，計算墩頂的位移。

4.3.1 等效剛度法

截面的等效屈服曲率φy 和等效屈服彎矩My 通過把實際的彎矩-曲率曲線等效為理想彈塑性彎矩-曲率來求得。通過Ec·Ieff=My/φy計算出剛度折減系數，結果列入表5、6。

表4 順橋向剛度折減系數

表5 橫橋向剛度折減系數

4.3.2 E2地震作用下橋墩墩頂位移的驗算

順橋向的容許位移按下式計算

橫橋向的容許位移采用非線性靜力分析方法（pushover）進行分析，在蓋梁處施加水平力F，當墩柱的任一塑性鉸區控制截面達到最大容許曲率時，蓋梁處的橫向水平位移即為容許位移。

圖4 雙柱墩pushover計算模式

建立Pushover 模型，迭代40 步，得到每一步的軸力、剪力及曲率，查詢相鄰兩步橋墩剪力之和相差在10%以內的步數，得到橫橋向超強彎矩和剪力設計值（見表6）。

最大容許曲率為極限曲率除以安全系數，安全系數取2。

表7 墩頂位移驗算

4.4 E2地震作用下橋墩塑性鉸抗剪強度驗算

橋墩塑性鉸區域沿順橋向和橫橋向的斜截面抗剪強度應

表6 pushover軸力迭代結果

表8 斜截面抗剪強度驗算

5 結束語

地震造成的災害是毀滅性的，橋梁的破壞不僅會導致的交通中斷，影響人們的正常生活，而且還嚴重影響震后救災工作。為了保障橋梁設施的完好，道路的暢通，橋梁設計人員要重視對橋梁的抗震設計。規范給出的等效剛度法思路清晰、計算效率高，對整個延性構件都進行了剛度折減，適用于實際工程的橋梁抗震設計。