基于规范的规则桥梁抗震分析与设计.pdf

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1、桥梁工程器BridgeEngineering基于规范的规则桥梁抗震分析与设计陈铁军(四川西南交大土木工程设计有限公司南京分公司，江苏南京210012)摘要：规则桥梁是道路工程中使用较多的桥型，笔者以我国现行桥梁抗震设计规范为基础，运用反应谱法对某规则桥梁进行抗震分析及验算，重点介绍了E2作用下桥梁下部结构变形及抗剪强度的验算，分析方法及结论对同类型桥梁抗震分析与设计具有参考意义。关键词：规则桥梁；抗震分析；反应谱中图分类号：U442．55文献标志码：B文章编号：1009—7767(2015)06—0061—03BridgeAnti-seismi

2、cAnalysisandDesignBasedonSpecificationChenTiejun我国桥梁抗震设计规范的发展经历了3次变迁【lI，每次变迁都与较大的地震灾害发生有密切关系。2008年汶川地震给震区造成了灾难性后果【l-21．在此背景下新一代桥梁抗震设计规范陆续颁布，主要包括JTG／TB02—01--2008(公路桥梁抗震设计细则》【31(以下简称《公抗规》)和CJJ166—20l1《城市桥梁抗震设计规范》H(以下简称《城抗规》)。两本规范的地震动参数不尽相同(其中《城抗规》反应谱输入较大)，导致抗震分析结果不同。总的来说，按照《公

3、抗规》进行抗震分析验算，设计偏于保守【5】。因此笔者以《公抗规》为基础，采用MIDAS／civil有限元软件对某大桥进行抗震分析，经过分析计算可以明确规则桥梁抗震分析的一般方法，并指导桥梁结构的抗震设计。1工程背景苏南地区某连续梁桥跨径布置为4x30m+(42．5+70+45)m+3x30m。上部结构主桥采用变截面预应力混凝土连续箱梁，墩顶梁高4．2m．跨中梁高2．0m。梁高按照抛物线变化：引桥为等高度预应力混凝土连续梁桥。梁高2．0m。单幅桥面宽15．0m，为单箱双室截面。支座采用盆式橡胶支座。下部结构为双柱式桥墩，墩柱为矩形截面．墩高最大为

4、8．2m。基础为钻孑L灌注桩基础。该桥梁位于6度地震区，按照7度抗震设防计算，加速度取0．19，桥梁抗震设防类别为B类。2抗震分析采用MIDAS／civil有限元软件建立三维模型，全桥主梁、桥墩、桥台、承台及桩均采用i维梁单元模拟。模型中桩基础考虑桩土问相互作用。采用“M法’’计算土弹簧刚度模拟土的抗力系数，以弹性连接单元实现。盆式橡胶支座采用双线性理想弹塑性单元模拟，弹性刚度按照规范公式计算。模型中对结构的刚度、质量、阻尼进行了合理的模拟，有限元模型如图1所示，墩台编号从左至右依次为0～10号。图1全桥计算模型抗震计算前对全桥做动力计算，根据

5、全桥特征值分析结果，可以得到全桥的动力特性。特征值计算采用Ritz向量法，振型总数为60，保证了各计算方向质量参与比大于90％。模型中考虑了结构自重、二期恒载等作用。计算结果显示桥梁1阶振型为主桥纵向弯曲(如图2所示)，由此可知，在动力作用下，桥梁首先发生的是纵向弯曲动力反应。2．1抗震计算该桥梁为多跨连续梁桥，主桥主跨70m(<90ITI)，2015卑$6期(11一)第33巷瘩荭故右61器桥梁工程BddgeEngineeringI◆

6、图2桥梁1阶振型下部结构墩高全部小于30m，全桥支座为铰接约束的盆式支座，按照《公抗规》规定，该桥梁为规则桥梁

7、。因此。在地震作用下，该桥梁的地震反应以1阶振型的纵向弯曲为主，抗震计算采用MM多振型反应谱方法进行E1、E2作用分析。地震力按照水平向分别考虑纵向及横向2个地震作用工况。抗震分析计算分为2阶段：E1作用时，特征周期0．40S，调整值为0．55S，全桥阻尼取0．05，抗震重要性系数为0．5，水平向加速度反应谱按照规范取用；E2作用时．抗震重要性系数为1．7，水平向加速度反应谱按照规范取用。2．2抗震验算根据《公抗规》，E1作用下，结构在弹性工作范围内。应按照公路桥涵设计规范验算桥墩抗弯强度，作用效应采用E1作用与永久作用的组合，验算过程此处省略

8、。E2作用下，桥墩做为延性构件需验算强度及变形能力，同时桥墩抗剪、桩基础、固定支座等作为能力保护构件需进行强度验算。1)矮墩强度验算根据《公抗规》，对于桥墩计算长度与截面计算方向比小于2．5的矮墩．由于其相对刚度较大，E2作用下一般无法体现延性变形即发生剪切脆性破坏。为此需对矮墩进行强度验算．验算作用效应采用E2作用与永久作用的组合。该桥1、9号引桥墩属于矮墩，验算过程同公路桥涵设计规范的强度验算。2)桥墩变形验算根据《公抗规》，应验算E2作用下桥墩潜在塑性铰区的塑性转动能力．对于规则桥梁可简化为验算墩顶位移，公式为Ad<、Au，其中：Ad为墩

9、顶位移，由反应谱计算得到；△M为桥墩容许位移，可通过Push—ove分析计算得到。E2作用下桥墩可能进入弹塑性变形阶段，墩柱位移需采用有效刚度计算。延