论新抗震规范在预应力砼连续箱梁桥设计中的应用

论新抗震规范在预应力砼连续箱梁桥设计中的应用

冯冼德

冯冼德四川西南交大土木工程设计有限公司四川成都610031

摘要：公路桥梁抗震设计细则《JTG/TB02-01-2008》的颁发，对公路桥梁的设计起到了指导性作用，但与此同时也提出了新的要求。本文对新桥梁抗震规范在高速公路连续梁桥设计中的应用进行了计算分析，力求能反映客观实际，达到经济合理和安全的抗震目的。

关键词：抗震桥梁设计计算分析

1、前言

近年来，我国许多高震级地震发生后,作为承担输送救灾物资的“生命线”，往往因为其桥梁震害破坏严重导致救灾行动受阻。因此利用新的抗震设计规范指导设计是时下桥梁设计工作者在设计时考虑的重点。

2、概况

本项目为四川地区某高速公路39+58+43m预应力砼连续箱梁桥。桥宽16.25m，上部采用现浇箱梁，跨中梁高1.8m，支点处梁高3.5m。主墩柱高10.3m，墩身采用双柱式矩形桥墩，墩身截面尺寸为顺桥向2.6m，横桥向2m，主墩支座采用GPZ(II)15GD、GPZ(II)15DX、GPZ(II)15SX盆式橡胶支座；过渡墩墩高12m，采用花瓶墩接盖梁的形式，墩身等截面尺寸为顺桥向1.4m，横桥向3.5m，支座采用GPZ(II)5DX、GPZ(II)5SX盆式橡胶支座。

下部基础均采用承台接桩基础的形式，主墩采用4根桩径为1.6m的桩基，过渡墩采用2根桩基为1.6m桩基，采用端承桩。

根据《地勘报告》，地震动峰值加速度A=0.1g，地震动反应谱特征周期Tg=0.45s，场地类别为II类。其他计算参数：抗震重要性系数Ci：1.7(E2作用)、场地系数Cs：1.0、阻尼调整系数Cd：1.0。

3.设计计算

3.1计算模型简要说明

全桥整体建模，考虑上部箱梁自重及二期恒载自重，并在边墩侧加邻跨的恒载支点反力。支座与梁、桥墩采用铰接连接。支座竖向刚度视为无限大，水平刚度计算方法采用《公路桥梁抗震细则》（6.3.7-2）和（6.3.7-3）公式计算：

活动盆式支座临界滑动摩擦力（kN）:

（6.3.7-2）

3.3墩身屈服弯矩计算及是否进入塑性工作的判定

屈服弯矩计算采用midas程序进行计算，1#主墩墩身配筋为88Φ32HRB335，2#主墩墩身配筋为88Φ28HRB335，0#、3#过渡墩墩身配筋为78Φ25HRB335，保护层厚度均为5.0cm，箍筋均为Φ16HRB335，间距为10cm，由上述内力计算表格可知，最不利截面均出现在墩底，墩底屈服弯矩计算结果如下：

根据纵、横向M-φ曲线可得各墩墩底初始屈服弯矩分别为：

1#主墩纵向：29115.1kN-m；1#主墩横向：21016.8kN-m

2#主墩纵向：33712.7kN-m；2#主墩横向：24234.8kN-m

过渡墩纵向：12641.2kN-m；过渡墩横向：30749.7kN-m

E2地震作用墩底纵横向弯矩验算汇总表4

1#主墩纵向1#主墩横向2#主墩纵向2#主墩横向过渡墩纵向过渡墩横向

E2作用下墩身最大弯矩(kN*m)13514.917797.827134.619512.38359.0220825.1

初始屈服弯矩(kN*m)29115.121016.833712.724234.812641.230749.7

由上表可知在E2地震作用下各墩墩顶及墩底铰区均未进入塑性工作范围。

3.4墩身能力保护构件计算

根据抗震细则第6.8.1条，结构未进入塑性工作范围时，采用E2地震作用内力值进行能力保护构件计算。Hn=10m。

主墩墩身剪力设计值Vc0计算表5

位置顶弯矩底弯矩ΦHn剪力

横向6825.2419512.261.2103160.50

纵向----27134.591.2103256.15

当采用HRB335Φ10mm箍筋、间距为10cm时，根据抗震细则7.3.4条计算，桥墩柱塑性铰区域斜截面抗剪承载能力为：横向8095.8kN，纵向14183.7kN。

由此可知，主墩斜截面抗剪承载能力满足规范要求。

过渡墩墩身剪力设计值Vc0计算表6

位置顶弯矩底弯矩ΦHn剪力

横向8114.6920825.111.2103472.78

纵向----8359.021.2101003.08

当采用HRB335Φ16mm箍筋、间距为10cm时，根据抗震细则7.3.4条计算，桥墩柱塑性铰区域斜截面抗剪承载能力为：横向13193.1kN，纵向7305.8kN。

由此可知，主墩斜截面抗剪承载能力满足规范要求。

3.5墩顶位移验算

根据抗震细则第7.4.6条，在E2地震作用下，规则桥梁可按下式验算桥墩墩顶的位移：Δd≤Δu

3.5.1E2作用下在桥墩位移图可知，E2地震作用墩顶纵横向位移值如表10

表7

墩号节点荷载DX

(m)DY

(m)

0#113恒载+纵向反应谱0.0682380.000386

1#207恒载+纵向反应谱0.0241-0.000124

1#225恒载+纵向反应谱0.024095-0.000134

2#307恒载+纵向反应谱0.050016-0.000126

2#325恒载+纵向反应谱0.050055-0.000136

3#410恒载+纵向反应谱0.0525780.0004

0#113恒载+横向反应谱0.0112190.03265

1#207恒载+横向反应谱0.0036440.031352

1#225恒载+横向反应谱0.0036370.030744

2#307恒载+横向反应谱-0.0026420.035281

2#325恒载+横向反应谱-0.0026180.034613

3#410恒载+横向反应谱-0.0095960.042297

3.5.2pushover分析

主墩横向计算模型及允许位移如图3所示：

3.6延性构造细节设计

桥墩箍筋构造、桥墩纵筋构造均满足抗震规范8.1条。此处不再论述。

4、结语

通过对本桥的桥墩抗弯抗剪强度、墩柱变形的计算分析可知，在E2地震力作用下，结构受力处于弹性状态，桥墩满足强度要求，未发生塑性变形。可以保证桥墩不致倒塌或产生严重结构损伤，经临时加固后可维持应急交通使用。

参考文献：

【1】公路桥梁抗震设计细则JTG/TB02-01-2008，中华人民共和国交通运输部.