大體積混凝土結(jié)構(gòu)對溫度是十分敏感的，然而對于立交橋大型十字交叉口還需要考慮地震作用。從一般橋梁設(shè)計理念上說，對于混凝土的橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡量減少約束來降低溫度引起的次內(nèi)力。然而從抗震設(shè)計上考慮，剛度和質(zhì)量平衡是橋梁抗震理念中最重要的一條，對于相鄰橋墩高度相差較大導致剛度相差較大的情況，水平地震力在各墩間的分配一般不理想，剛度大的墩將承受較大的水平地震力，影響結(jié)構(gòu)的整體抗震能力，然而這種機理的紐帶是梁與墩之間的支座，水平地震力就是根據(jù)各墩和支座構(gòu)成的串聯(lián)體系的水平剛度按比例進行分配的，因此支座的布置形式對于結(jié)構(gòu)的整體抗震能力影響很大。本文以某立交橋大型十字交叉口（位于立交橋兩線交叉處，交叉口面積達7826.7m2，上部結(jié)構(gòu)整體采用網(wǎng)格箱梁布置，梁高均為1.8m；其中，兩個方向長均為111m、寬均為36.5m；外型四角采用圓弧連接，并設(shè)置懸臂，圓弧半徑為35m，懸臂長175cm，懸臂端厚20cm，懸臂端部厚45cm，為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。下部結(jié)構(gòu)采用一柱一樁形式。橋墩采用1.8×1.8m鋼筋混凝土立柱；基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁。墩柱平面布置圖如圖1所示。）為例進行不同支座布置形式對溫度效應(yīng)和抗震能力的影響規(guī)律研究。

圖1 十字交叉口處橋梁結(jié)構(gòu)

圖2 形式一布置墩柱平面布置圖

1 支座布置形式

由于本十字交叉口為整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，且面積較大，故考慮溫度效應(yīng)和抗震性能，支座布置將分成下列幾種形式進行探討：

(1)形式一：采用一般連續(xù)梁橋的支座布置理念進行抗震支座的布置，即球鋼抗震支座帶狀布置如圖2所示，其余支座采用多向活動支座。

(2)形式二：采用球鋼抗震支座核心區(qū)布置如圖3所示，其余支座采用多向活動支座。

(3)形式三：采用高阻尼橡膠支座全橋布置，支座剛度的選取參考了常規(guī)的高阻尼橡膠支座，支座水平剛度近似按2.4kN/mm選取。

圖3 形式二布置

圖4 有限元計算模型

2 有限元分析

采用MIDAS對于采用不同支座布置形式的大型交叉口橋梁結(jié)構(gòu)進行溫度效應(yīng)和抗震能力的計算分析。利用三維空間梁格法進行建模，建模過程中把箱室從頂、底板對中切開成工字形，將每道腹板及其相鄰的頂、底板作為梁格縱向構(gòu)件，并在懸臂板邊緣和濕接縫中央設(shè)置虛擬縱梁，結(jié)構(gòu)計算模型如圖4所示。

2.1 溫度荷載

溫度荷載主要包括體系升降溫、梯度溫度。

體系升降溫：根據(jù)文獻[3]，采用寒冷地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)的最高有效溫度標準值為34℃，最低有效溫度標準值為-10℃，考慮結(jié)構(gòu)升溫工況的基準溫度為5℃，而降溫工況的基準溫度為15℃；故考慮混凝土結(jié)構(gòu)的體系升溫29℃，體系降溫-25℃。

梯度溫度：混凝土箱梁梯度溫度按文獻[3]，T1=14℃，T2=5.5℃；考慮負溫度梯度，T1=-7℃，T2=-2.75℃。

2.2 地震反應(yīng)譜

計算采用的反應(yīng)譜按文獻[1]取用。場地采用7度區(qū)，動峰值加速度0.15g，采用規(guī)范反應(yīng)譜進行計算。相關(guān)參數(shù)取值如下：Ci=1.7、Cs=1、Cd=1；按Ⅲ類場地考慮；區(qū)劃圖上特征周期為0.35s；水平向地震動加速度峰值A(chǔ)=0.15g。

2.3 計算結(jié)果

溫度效應(yīng)和地震計算結(jié)果如圖5～圖7所示。

圖5 溫度效應(yīng)引起的主梁彎矩

圖6 溫度效應(yīng)引起的主梁軸力

圖7 地震引起的橋墩彎矩

3 計算結(jié)果對比分析

3.1 溫度效應(yīng)計算結(jié)果對比分析

取主梁核心區(qū)進行溫度效應(yīng)計算結(jié)果對比如圖8和圖9所示，可以看出溫度對于三種不同支座布置形式對主梁的彎矩影響不大；從圖9可以明顯看出，隨著支座約束的增加，溫度引起的主梁軸力隨之增加，也就是說約束越多溫度引起的次內(nèi)力越大。說明支座布置形式三對于溫度效應(yīng)是最不利的。

圖8 溫度引起的主梁核心區(qū)彎矩對比結(jié)果圖(kN*m)

圖9 溫度引起的主梁核心區(qū)軸力對比結(jié)果圖(kN)

3.2 地震反應(yīng)譜計算結(jié)果對比分析

取地震反應(yīng)譜計算的橋墩彎矩最大值進行比較，由圖7可以看出：

形式一地震作用下墩最大彎矩為10749.9kNm；

形式二地震作用下墩最大彎矩為10485.4kNm；

形式三地震作用下墩最大彎矩為1197.5kNm；

形式一和形式二參與抗震的墩有24個，形式三參與抗震的墩為140個，從上述結(jié)果可以說明隨著抗震墩數(shù)量的增加，地震引起的墩的效應(yīng)相應(yīng)的減小，結(jié)構(gòu)能夠最大限度的提高整體抗震能力。說明形式三對于結(jié)構(gòu)的抗震是最有利的。

4 結(jié)論

通過不同支座布置形式對大型十字交叉口的溫度效應(yīng)和地震響應(yīng)分析可以得出：隨著支座約束的增加，溫度引起的次內(nèi)力隨之增大；橋梁抗震設(shè)計中支座的布置應(yīng)最大限度的使更多的橋墩參與抗震，以提高橋梁結(jié)構(gòu)的整體抗震能力。綜合以上兩點，在橋梁設(shè)計中應(yīng)根據(jù)實際情況分析，在滿足橋梁常規(guī)設(shè)計的前提下，采用勁量多的使橋墩參與抗震的支座布置形式。