亢曉亮

（上海千年城市規(guī)劃工程設(shè)計(jì)股份有限公司，上海市 201108）

0 前言

近年來(lái)我國(guó)相繼頒布實(shí)施了《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T B02-01-2008）和《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 166-2011），規(guī)范中橋梁抗震設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)方法上有了非常大的進(jìn)步，要求我們?cè)O(shè)計(jì)工作者具備更多的抗震設(shè)計(jì)知識(shí)。

設(shè)置減隔震支座是一種簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)的工程抗震手段；理想的減隔震支座需具備：在較低的水平力作用下，具有較高的初始剛度，變形很??；在地震作用下，支座屈服，在變形的過(guò)程中消耗地震能量，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期。鉛芯橡膠支座是在分層橡膠支座中部插入鉛芯而形成的隔震裝置，它具有良好的力學(xué)特性，具有較低的屈服剪力（約為10 MPa）和足夠高的初始剪切剛度（G約為130 MPa），具有理想的彈塑性性能，且對(duì)于塑性循環(huán)具有很好的耐疲勞性能。它能夠提供地震狀況下的耗能能力和靜力荷載作用下所需的支座剛度。但是其造價(jià)高，且在現(xiàn)場(chǎng)安裝工作復(fù)雜，橋梁施工完成后養(yǎng)護(hù)或更換難度較大。

1 工程概況

本文以某跨線橋梁引橋（3×簡(jiǎn)支變連續(xù)組合小箱梁）第二聯(lián)和第四聯(lián)為例，分別選取承載力相當(dāng)?shù)你U芯橡膠支座和板式橡膠支座進(jìn)行抗震分析。橋梁橫斷面見(jiàn)圖1，主要技術(shù)指標(biāo)如下：

（1）道路等級(jí)：城市快速路。

（2）橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)：城-A級(jí)。

（3）橋梁寬度：0.5 m（護(hù)欄）+15.625 m（車行道）+0.5m（護(hù)欄）=16.625 m。

（4）抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：按照地震基本烈度7度設(shè)防，地震動(dòng)峰值加速度0.1 g；抗震設(shè)防類別為乙類，抗震設(shè)計(jì)方法為A類。

圖1 橋梁橫斷面（單位：mm）

各聯(lián)橋墩立柱高度見(jiàn)表1。

表1 橋墩立柱高度

2 有限元模型

2.1 計(jì)算模型

采用Midas/Civil 2011對(duì)整體結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行時(shí)程分析計(jì)算。

全橋考慮下部結(jié)構(gòu)-上部結(jié)構(gòu)的共同協(xié)同工作抵抗縱、橫橋向地震作用。根據(jù)《公路橋梁鉛芯隔震橡膠支座》（JT/T 822-2011）附錄A的支座特性，采用一般連接中得“鉛芯橡膠支座隔震裝置”模擬鉛芯橡膠支座的性能；根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》的6.3.7條計(jì)算板式橡膠支座剛度，采用彈性連接模擬板式橡膠支座的性能；用m法計(jì)算得到單樁剛度，對(duì)承臺(tái)底進(jìn)行彈性約束。全橋模型見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 全橋模型（第二聯(lián)）

圖3 全橋模型（第四聯(lián)）

2.2 地震波

地震波圖形見(jiàn)圖4。

圖4 地震波

3 主要計(jì)算結(jié)果及對(duì)比分析

3.1 橋梁自振周期

橋梁自振周期統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 橋梁自振周期統(tǒng)計(jì)表

對(duì)比分析：高墩較矮墩自振周期長(zhǎng)；矮墩采用板式橡膠支座時(shí)，自振周期為0.707 s，接近橋梁特征周期（0.65 s）；采用鉛芯橡膠支座時(shí)，橋梁自振周期明顯變長(zhǎng)，矮墩自振周期變化幅度較高墩大。

3.2 各墩立柱柱底（順橋向）內(nèi)力統(tǒng)計(jì)表

本文選取連續(xù)梁兩個(gè)中墩立柱柱底內(nèi)力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表3。

表3 橋墩立柱內(nèi)力統(tǒng)計(jì)表

對(duì)比分析：同一聯(lián)中，矮墩地震力較大；采用鉛芯橡膠支座時(shí)，矮墩和高墩的地震力相當(dāng)；采用鉛芯橡膠支座時(shí)，地震力明顯減小，矮墩地震力變化幅度較高墩大。

3.3 橋梁立柱抗震驗(yàn)算

根據(jù)《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 166—2011）7.3.1、7.3.2條規(guī)定，P4、P5墩（高寬比小于 2.5）應(yīng)按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD62）的規(guī)定驗(yàn)算橋墩抗彎和抗剪強(qiáng)度；P9、P10（高寬比大于2.5）墩需按照7.4條驗(yàn)算驗(yàn)算橋墩立柱抗剪。

（1）P4、P5墩截面驗(yàn)算

根據(jù)最不利軸力求的截面抗力Mr=2950（kN·m）

由以上計(jì)算結(jié)果可知，P4、P5墩只有采用減隔震支座，其承載力才能滿足規(guī)范要求。

（2）P9、P10墩截面驗(yàn)算

P9、P10墩立柱按照能力保護(hù)構(gòu)件驗(yàn)算橋墩立柱塑性鉸區(qū)域斜截面抗剪強(qiáng)度。根據(jù)橋墩立柱配筋，立柱在最不利軸力作用下順橋向截面屈服曲率計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5。橋墩屈服曲率見(jiàn)表4。

圖5 橋墩立柱屈服曲率曲線

表4 橋墩屈服曲率表

若采用板式橡膠支座，P9、P10墩地震作用下柱底最大組合彎矩M=13050（kN·m），對(duì)比橋墩屈服曲率曲線可知：墩柱已處于屈服階段。

橋墩立柱塑性鉸區(qū)域斜截面抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值V=φ（Vc+Vs）=2960（kN）＞Vco；故橋墩立柱滿足能力保護(hù)構(gòu)件的要求。

若采用鉛芯橡膠支座，橋墩立柱內(nèi)力明顯變小，則也能滿足規(guī)范要求。

4 總體結(jié)論

橋墩較矮，橋梁下部結(jié)構(gòu)剛度較大時(shí)，采用鉛芯橡膠支座能夠明顯延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)自振周期，減小地震力，保證在強(qiáng)震作用下橋墩立柱處于彈性；橋墩較高，橋梁下部結(jié)構(gòu)剛度不大時(shí)，采用鉛芯橡膠支座后，橋梁自振周期變化不及矮墩，但地震力有明顯的變化，能夠改善橋墩立柱受力。

鉛芯橡膠支座能夠提供地震狀況下的耗能能力，但是造價(jià)略高，且在現(xiàn)場(chǎng)安裝工作較板式橡膠支座復(fù)雜。橋梁設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)結(jié)合橋梁抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)工程實(shí)際需要合理選用鉛芯橡膠支座和板式橡膠支座。

[1]JTG/T B-2008,公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則[S].北京:人民交通出版社,2008.

[2]CJJ 166-2011,城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2011.

[3]葉愛(ài)君,管仲國(guó).橋梁抗震[M].北京:人民交通出版社,1997.