高烈度地区大挑臂隐盖梁桥墩抗震性能分析

高烈度地区大挑臂隐盖梁桥墩抗震性能分析

张克礼

广东省交通规划设计研究院股份有限公司广东广州510000

摘要：大挑臂隐式盖梁桥墩可以有效的降低桥梁结构高度，并拥有较好的城市景观效果，但相较于分幅式桥梁桥墩来说，大挑臂桥墩承担的上部结构荷载质量更大，对其在高烈度地区的抗震设计极为不利。本文依托实际工程项目设计，对高烈度地区的大挑臂隐式盖梁桥墩的动力响应进行详细计算分析，计算结果表明：该桥梁下部结构在E2地震作用下考虑桥墩结构进入塑性的情况下抗震性能较好，下部结构各截面尺寸均满足设计要求。

关键词：高烈度区隐式盖梁延性分析抗震性能延性设计

1、项目概况

本文以汕头市黄河路快速化升级改造工程中的桥梁结构为依托，选取的桥型结构为桥面连续的简支小箱梁结构，每4跨设置一个伸缩缝，每跨30m；标准段桥面宽度为26.7m，上部结构为8片预制小箱梁；支座采用LNR水平力分散支座；下部结构为双柱墩加大挑臂的结构形式；桥墩截面尺寸采用180cm×180cm的方柱墩，桩基直径为D180。

根据《地震安全性评估报告》及《城市桥梁抗震设计规范》的3.1条相关规定，本桥抗震设防类别为乙类，设防目标为：E1地震作用下，结构总体反应在弹性范围内，基本无损伤；E2地震作用下，经抢修可恢复使用，永久性修复后恢复正常运营功能。桥址处抗震设防烈度为Ⅷ度，场地类型为Ⅲ类。计算时选取三联结构建立有限元分析模型，按照平均墩高10m进行抗震计算分析；小箱梁标准墩下部结构构造尺寸见下图所示：

图2全桥模型

2.结果验算

2.1E1地震作用下反应谱计算结果分析

根据《规范》5.1.1的规定，一般情况下，城市桥梁可只考虑水平向地震作用，直线桥可分别考虑顺桥向和横桥向的地震作用，故本节分别计算桥梁结构在E1顺向及横向地震作用下的地震反应。在E1地震作用下，要求桥墩和桩基截面弯矩应小于截面首次抗弯屈服弯矩（考虑轴力）My，当地震反应弯矩小于首次抗弯屈服弯矩时，整个截面保持在弹性状态，结构基本无损伤。

（2）桩基截面-配筋率

图3截面纵向配筋率

恒载+E1地震作用下桥墩和桩基强度验算如下：

从计算结果可以知道，在E2地震荷载作用下，桥墩和桩基均已屈服。

2.2.2E2地震作用下的静力弹塑性分析

在E2地震作用下，双柱墩在横向地震作用下的塑性铰潜在区域为墩顶和墩底位置，在顺向地震作用下塑性铰潜在区域为墩底位置。故建立双柱墩静力弹塑性分析模型，在墩顶和墩底设置塑性铰，双柱墩静力弹塑性分析模型见下所示：

图4双柱墩静力弹塑性分析模型图5潜在塑性区域荷载-变形曲线示意图

（1）墩顶位移验算

由上述恒载+E2地震荷载作用下结构弹性计算分析可以知道，结构在E2地震荷载作用下墩柱已经进入到塑性阶段，故在计算墩顶位移时根据抗震规范6.1.8条进行刚度折减；在进行桥梁抗震分析时，E1地震作用下，桥梁的所有构件抗弯刚度应该按照下式计算，对于圆形和矩形桥墩，可以按照附录A取值，但其他构件抗弯刚度仍应按毛截面计算：

（3）支座验算

该项目桥梁结构设计时，小箱梁的支座型号为LNR350×450×141橡胶支座。按照规范7.4.5条进行支座验算的时候，支座在地震荷载作用下的位移和剪切力通过刚度折减后的整体模型计算提取得到，支座剪切位移和水平剪切力容许值通过支座设计手册查询得到，支座具体验算结果见下表：

结论

（1）E1地震作用下桥墩和桩基截面验算满足结构弹性能力验算要求。

（2）E2地震作用下桥墩按照延性构件设计，桥墩墩顶位移验算满足要求，桥墩抗剪和桩基均能满足能力保护构件验算要求。

（3）E2地震作用下支座的抗滑移验算和支座厚度验算均不满足要求，设计时需按照抗震要求设置抗震锚栓或抗震挡块，并在震后对支座进行必要的检修、更换或复位。

参考文献

[1]李乔.混凝土结构设计原理（第三版）[M].北京:中国铁道出版社,2013.

[2]中华人民共和国交通部标准.公路桥梁抗震设计细则.北京:人民交通出版社,2008.

[3]范立础.桥梁抗震[M].同济大学出版社,1997.

[4]范立础,王志强.桥梁减隔震设计[M].北京:人民交通出版社,2011