结合工程实例浅议桥梁抗震研究

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1、结合工程实例浅议桥梁抗震研究　　【摘要】本文结合辽宁省盘锦疏港路辽滨互通立交的工程实例，采用大型空间有限元分析程序Midas，选取空间杆元单元建立了一座典型的预应力混凝土现浇箱梁的空间模型，采用反应谱法模拟地震力，进行了抗震分析；并考虑了土层液化深度对桩基与土层之间相互作用的影响，在计算结果上分析地质液化深度对桥梁的影响。【关键词】液化；抗震；塑性铰1工程概况辽滨互通立交是连接盘锦疏港高速公路与项海大道的枢纽立交，立交共分三层，上层为项海大道高架桥，孔径为3-25+4-25+3-19+（30+33.

2、622+30）+3-19+4-25+3-25m，设计角度85度，桥梁长557.622米。上部采用预应力混凝土现浇连续箱梁+钢筋混凝土现浇板+装配式预应力混凝土预制箱梁；下部采用Y形墩，桩基础，桥台采用肋板台，桩基础。中层为G305国道桥梁10+20+20+10m，设计角度95度，桥梁长60.0米，上部采用钢筋混凝土现浇板；下部采用方柱形墩，桩基础，桥台采用肋板台，桩基础。本次计算抗震分析主要是针对项海大道高架桥，选取其中一联，即30+33.62+30米预应力混凝土连续箱梁。6此地区的地质情况桥位区地

3、貌为冲积平原地貌区，地势平坦开阔，地下水类型第四系孔隙潜水，河流补给为主要补给方式，其次为大气降水入渗补给，排泄方式以地下水径流、河水排泄、以及人工开采排泄为主，受季节和气候的影响，水位随季节变化，钻探深度范围内地下水水位为2.6米。通过对桥位区地质勘察，该桥揭露的地层主要为第四系素填土、粉质粘土、粉土、粉砂、细砂等。本区地震基本烈度为Ⅶ度，地震动反应谱特征周期为0.35s，地震动峰加速度值为0.10g，场地表层粉土液化，液化深度6.75米，液化指数为4.29，液化程度轻微。标准冻深1.2m。2桥墩

4、配筋形式6辽滨立交处于地震Ⅶ度，地震动反应谱特征周期为0.35s，地震动峰加速度值为0.10g。所以按抗震设计要求进行设计，根据以往相同的地震烈度及动加速度地区的设计经验，在构造上及配筋上都进行的抗震设计。桥梁的塑性铰多数出现在下部，特别是桥墩的顶、底部。在桥梁抗震设计中一般不容许主梁出现塑性变形，因此需按能力设计思想对主梁进行强度验算。一般来说，地震引起的主梁面内的弯矩与静载相比不起控制设计。本桥采用连续梁结构，墩顶有支座与上部梁连接，故塑性铰出现在桥墩底部，即桥墩与承台连接部位。本次抗震验算着重

5、验算塑性铰部位，验证土层液化对桥梁特别是桩基的抗震影响。桥墩塑性铰部位的配筋形式如下图所示：纵桥向配置44根Ф25，横桥向配置26根Ф25。其余钢筋都为构造筋，截面配筋率为0.055%，箍筋采用直径为Ф12，六肢。3动力计算模型本次计算主要针对立交的顶层30+33.62+30的变梁高预应力混凝土现浇箱梁，最大跨径为33.62米；下部为Y型墩，最高达到11.8米；基础为群桩基础。计算软件采用Midas空间分析软件，上部93个单元，108个节点；下部144个单元，152个节点；基础640个单元，656个

6、节点。梁和墩的建模比较简单，简单地离散为三维梁单元即可，但要尽可能真实的模拟结构的刚度和质量分布。但是，由于桥墩基础采用的是群桩基础，需要特别处理，已考虑桩-土-结构的相互作用。比较实用的是集中质量法和三弹簧法。参考以前的计算文献，多座桥梁的地震反应分析表明，用这两种方法差别较小。然而，要得到基础中桩的地震反应，只能采用集中质量法。本桥抗震计算采用反应谱法。根据规范确定E1、E2作用下的地震反应谱。本桥桥墩混凝土采用Kent-Park模型进行实际模拟，桥墩钢筋采用双折线模型进行模拟。根据程序计算出在

7、配有钢筋的情况下桥墩的屈服弯矩。桩基与土层之间的相互作用是采用土弹簧进行模拟即集中质量法。将桩土系统离散为质量-弹簧-阻尼系统采用如下假定：6（1）假定土介质为线弹性的连续介质；（2）用等代土弹簧杆单元来反映土层的恢复力性质，其刚度用“m”法计算。“m”的定义为其中，是土体对桩的横向抗力，Z为土层的深度，为深度Z处土的横向变位。等代土弹簧的刚度为：式中，为土层的厚度，为该土层的宽度，常取桩的计算宽度。等代土弹簧杆的单元截面面积为：其中，l为杆单元长度，通常取1.0m，E为弹性模量，通常取与当地基内有

8、液化土层时，液化土层的承载力（包括桩侧摩阻力）、土抗力（地基系数）、内摩擦角和黏聚力等，可根据液化抵抗系数予以折减。折减系数应按下表采用。土层液化影响折减系数将桩基与土层模拟为质量-弹簧-阻尼系统形式，在模拟土层液化时，弹簧刚度相应乘以折减系数。4结果分析6根据《公路桥梁抗震设计细则》规定在E1地震作用下，结构在弹性范围内工作，基本不损伤；在E2地震作用下，延性构件（墩柱）可发生损伤，产生弹塑性变形，耗散地震能量，但延性构件（墩柱）的塑性铰区域应具有足够的塑性变形能力