两跨连续梁桥抗震设计的一个问题

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1、两跨连续梁桥抗震设计的一个问题两跨连续梁桥抗震设计的一个问题：中间桥墩为独柱式墩的两跨连续梁桥，当中间独柱墩采用板式橡胶支座，而在两端伸缩缝处采用滑板支座时，在横向地震下，可能在中间独柱墩上产生较大扭矩。通过一个工程实例，分析了这种情况下的横向地震反应，并提出了设计注意的问题和改进措施。关键词：两跨连续梁桥；独柱式墩；扭矩在公路工程中，预应力T形梁与空心板等结构被广泛应用于先简支后连续型连续梁桥中。当上部结构采用这种板式或肋梁式结构时，一般在其中间各墩上采用板式橡胶支座，而在两端伸缩缝处采用滑板支座，这主要是基于温度效应的考虑。但是这种支座布置方案

2、，在应用于两跨连续梁桥，并且中间桥墩为独柱式墩时，就可能在抗震上出现不利的受力情况。1存在的问题以某预应力T形梁连续梁桥为例，取其端部的一联，该联为两跨，其跨径为29．5＋29．5m，一端为桥台，一端为过渡墩，中间为200×150cm（宽×厚）独柱式墩。中间墩顶设置板式橡胶支座，桥台与过渡墩处设置滑板支座。桥址处地震设防烈度为9°。利用有限元分析程序建立的抗震分析模型，采用空间梁单元模拟桥墩、支座、桥面梁等构件，计算得到前3阶振型，其振型频率分别为0．47862、0．64586、0．72179。值得注意的是，该桥的第1阶振型既不是纵向振动，也不是横

3、向振动，而是扭转振动。这是由于两端桥台与过渡墩上的滑板支座抵抗力太小，不能有效约束全桥的扭转变形。全桥的抗扭刚度主要由中间独柱墩的自身抗扭刚度提供，而独柱墩的自身抗扭刚度是有限的，因此，扭转振动上升为第1阶振型。对该桥在顺桥向输入地震，反应谱分析得到独柱墩底的顺桥向弯矩M＝2．01E＋07N·m，扭矩T＝3．82E＋03N·m。相对于弯矩M，其扭矩T很小，这是因为在顺桥向结构是对称的，输入地震时很难激励其扭转振型。对该桥在横桥向输入地震，反应谱分析得到独柱墩底的横桥向变矩M＝7．79E＋05N·m，扭矩T＝3．66E＋06N·m，可见在横桥向由于结构不

4、是完全对称，其第1阶扭转振型被激励，而两端的桥台与过渡墩上的滑板支座不能提供多少抗扭能力，主要由抗扭刚度相对比较大的独柱墩承担扭矩。因此，在数值上，扭矩T达到弯矩M的4倍以上。而在一般的桥梁抗震分析中，扭矩一般比弯矩小2个数量级。由于钢筋混凝土构件的抗扭能力一般不强，在如此强大的扭矩作用下，独柱墩底易发生弯扭破坏。由于墩底与墩顶的扭矩相等，也可能独柱墩顶外侧板式橡胶支座先被剪坏。JTJ004—89《公路工程抗震设计规范》〔2〕对于板式橡胶支座梁桥的顺桥向、横桥向抗震计算均有相关的规定（第4．2．6、4．2．7条），这些规定没有考虑结构的扭转效应，这在大

5、多数情况下是可以适用的。但在上述情况下，全桥的整体扭转效应显著，且主要由独柱墩的局部扭矩抵抗时，规范给出的计算式是不能完全适用的，应通过空间计算解到这些局部扭转效应。如果直接套用规范公式，仅仅只进行桥墩的抗弯、抗剪验算，而忽略抗扭验算，就可能得出错误的结论。2改进措施由于滑板支座不能提供桥台、桥墩与上部的有效联结，因此，可考虑在两端的伸缩缝处，滑板支座改为板式橡胶支座，加强桥墩和桥台与桥面的联结，通过两侧的桥墩和桥台来抵抗整体扭转效应，以保证独柱墩墩身与墩顶支座的安全。另一方面，也可将独柱墩改为双柱式墩，通过双柱的相互共同整体作用抵抗整体扭转效应，

6、以减小墩身的局部扭矩。实际设计时，可采用上述其中一种措施，或两种措施同时采用，来解决扭转问题。将该桥的滑板支座改为板式橡胶支座，重新计算。在横桥向输入地震，得独柱墩底的横桥向弯矩M＝1．66E＋06N·m，扭矩T＝6．49E＋04N·m，可见在改为板式橡胶支座后，横桥向的刚度提高，独柱墩底的反应弯矩增大，但是扭矩反而减小了约50倍。可见将滑板支座改为板式橡胶支座有很好的效果。由于该联长度不大，由此产生的温度效应也是容易调整的。如果不改变支座，将上述桥中间的独柱墩改为双柱式，对该桥在横桥向输入地震，计算得双柱墩底的横桥向弯矩M＝4．78E＋06N·m

7、，扭矩T＝3．67E＋04N·m，可见在改为双柱式墩后，尽管横桥向的刚度提高，独柱墩底的反应弯矩增大，但是墩底的扭矩仍然减少很多，在数值上比弯矩要小2个数量级。3结论两跨连续梁桥，中间桥墩为独柱式墩，并采用板式橡胶支座，而在两端伸缩缝处采用滑板支座时，在横向地震下，可能在中间独柱墩上产生较大扭矩。在设计这种桥梁时，应特别注意验算独柱墩的抗扭能力，及独柱墩顶外侧的板式橡胶支座。为避免结构的这一不利受力情况，可采用板式橡胶支座取代两端伸缩缝处的滑板支座，或将中间独柱墩改为双柱式墩。