王培杰

（沈陽市市政工程設(shè)計研究院，遼寧沈陽110015）

1 工程概述

鞍山市萬水河北路判甲爐支流橋建于2004年，橋梁位于河北路與南沙河判甲爐支流相交處。結(jié)構(gòu)為7跨30 m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁簡支橋，橋面寬度15.75 m，橫斷面組成為：3.375 m（欄桿+人行道）+9 m（機(jī)動車道）+3.375 m（欄桿+人行道）。下部結(jié)構(gòu)橋臺采用肋板式橋臺，橋墩采用樁柱結(jié)構(gòu)。該橋建成后兩端連接道路遲遲未修通，導(dǎo)致該橋一直未投入正式使用，后由于道路規(guī)劃加寬，建設(shè)單位決定對其進(jìn)行改造變成單向行駛的一幅橋，在其下游修另一幅橋。該橋的具體改造措施為拆除東側(cè)人行道，在對應(yīng)邊梁位置處設(shè)置防撞墻。改造后該橋的機(jī)動車道由2車道改為3車道，橋面橫斷面相應(yīng)變?yōu)椋?.375 m（欄桿+人行道）+11.375 m（機(jī)動車道）+1 m（防撞墻及邊石）。因此對改造后橋梁重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震復(fù)核驗(yàn)算。

2 驗(yàn)算過程

鞍山市萬水河北路判甲爐支流橋計算采用Midas Civil 2011軟件，計算時采用梁格法對該橋整體進(jìn)行模擬，T梁之間采用橫隔梁連接，二期恒載采用均布力的方式加在T梁上，計算采用中交04規(guī)范，涉及地震反應(yīng)譜取值均按《公路抗震設(shè)計細(xì)則》（JTG/T B02-01-2008）取值，該橋上下部結(jié)構(gòu)均為鋼筋混凝土現(xiàn)澆構(gòu)件，支座均采用GJZ400×400×69板式橡膠支座。

2.1 主要材料及其參數(shù)

2.1.1 混凝土：C30

（1）混凝土抗壓彈性模量：E=3.0×104MPa；

（2）混凝土抗彎彈性模量：E=3.0×104MPa；

（3）混凝土抗剪彈性模量：G=1.2×104MPa；

（4）混凝土的抗壓設(shè)計強(qiáng)度：fcd＝13.8 MPa；

（5）混凝土容重：25 klN/m2。

2.1.2 普通鋼筋

2.1.2.1 Ⅰ級鋼筋

（1）鋼筋彈性模量：Eg＝2.1×105MPa；

（2）鋼筋的抗拉設(shè)計強(qiáng)度：fsd＝195 MPa。

2.1.2.2 Ⅱ級鋼筋

（1）鋼筋彈性模量：Eg＝2.0×105MPa；

（2）鋼筋的抗拉設(shè)計強(qiáng)度：fsd＝280 MPa。

2.2 場地穩(wěn)定性分

（1）場地內(nèi)無活動斷裂構(gòu)造通過，粗砂、礫砂層不液化，無不良地質(zhì)作用，場地穩(wěn)定屬于建筑抗震一般地段，適宜建橋。

（2）場地地震效應(yīng)：場地的地震基本烈度為7度，場地土類型為中硬土，場地類別為II類，設(shè)計地震分組為第一組，水平向設(shè)計基本地震加速度峰值為0.10 g，特征周期為0.35 s。

2.3 主要規(guī)范及依據(jù)

（1）《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2004）（交通部）；

（2）《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62-2004）（交通部）；

（3）《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（JTD63-2007）（交通部）；

（4）《 公 路 橋 梁 抗 震 設(shè) 計 細(xì) 則 》（JTG/T B02-01-2008）（交通部）；

（5）《河北路南沙河判甲爐支流橋梁工程巖土勘察報告》（東北巖土工程勘察總公司）。

2.4 抗震計算結(jié)果

2.4.1 計算模型

計算軟件采用Midas Civil 2011軟件。計算時采用梁格法對該橋整體進(jìn)行模擬，T梁之間采用橫隔梁連接，二期恒載采用均布力的方式加在T梁上，計算采用中交04規(guī)范，涉及地震反應(yīng)譜取值均按《公路抗震設(shè)計細(xì)則》（JTG/T B02-01-2008）取值，該橋上下部結(jié)構(gòu)均為鋼筋混凝土現(xiàn)澆構(gòu)件，支座均采用GJZ400×400×69板式橡膠,支座剛度為SDx=1662351 kN/m,SDY=3918 kN/m,SDZ=3918 kN/m,具體模型見圖1、圖2所示。

圖1 梁格法模型

圖2 梁格法模型坐標(biāo)系方向示意圖

模型中單元坐標(biāo)方向規(guī)定為順橋向?yàn)閄軸，正交橫橋向?yàn)閅軸，橋墩蓋梁與X軸偏角60°。

圖3、圖4分別為反應(yīng)譜數(shù)據(jù)E1和E2的圖示。

圖3 按規(guī)范添加反應(yīng)譜數(shù)據(jù)E1圖示

圖4 按規(guī)范添加反應(yīng)譜數(shù)據(jù)E2圖示

2.4.2 地震力計算結(jié)果

2.4.2.1 E1地震力作用

經(jīng)過Midas Civil 2011對模型進(jìn)行計算分析，在提取計算結(jié)果時不僅考慮了正常情況下墩底在X,Y方向上方的地震效應(yīng)，同時由于該橋是斜橋且斜角角度較大，也計算了橋墩斜向角度（60°）的地震力作用效應(yīng)。結(jié)果如下：

X方向墩底的最大的地震效應(yīng)Mx=281 kN·m（見圖5）。

圖5 X方向地震效應(yīng)圖示

Y方向墩底的最大的地震效應(yīng)My=398 kN·m（見圖6）。

圖6 Y方向地震效應(yīng)圖示

Y方向偏角60°墩底的最大的地震效應(yīng)Mz=472 kN·m（見圖7）。

圖7 Y方向偏角60°地震效應(yīng)圖示

2.4.2.2 E2地震力作用

經(jīng)過Midas Civil 2011對模型進(jìn)行計算分析，在提取計算結(jié)果時不僅考慮了正常情況下墩底在X,Y方向上方的地震效應(yīng)，同時由于該橋是斜橋且斜角角度較大，也計算了橋墩斜向角度（60°）的地震力作用效應(yīng)。結(jié)果如下：

X方向墩底的最大的地震效應(yīng)Mx=828 kN·m（見圖8）。

圖8 X方向地震效應(yīng)圖示

Y方向墩底的最大的地震效應(yīng)My=1169 kN·m（見圖9）。

Y方向偏角60°墩底的最大的地震效應(yīng)Mz=1391 kN·m（見圖10）。

2.4.3 結(jié)構(gòu)抵抗能力驗(yàn)算

采用橋梁博士V3.3軟件對橋墩截面進(jìn)行截面驗(yàn)算，手動組合內(nèi)力，由程序驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的抗力是否滿足。

在下部結(jié)構(gòu)計算結(jié)果中提出結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的橋墩墩底軸力為2790 kN，剪力88 kN，E2地震力導(dǎo)致的最大彎矩1391 kN·m。橋墩截面為直徑1.4 m的圓形截面，采用C30混凝土，內(nèi)部配置28根直徑22 mm鋼筋。經(jīng)過橋梁博士V3.3軟件對橋墩截面進(jìn)行截面驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)為偏心受壓構(gòu)件：截面受力性質(zhì)為下拉偏壓，內(nèi)力描述:Nj=2.79e+03（kN）,Qj=106（kN）,Mj=1.39e+03（kN·m）。

截面抗力:NR=2.95e+03（kN）≥ Nj=2.79e+03（kN）(滿足)。

截面抗力驗(yàn)算結(jié)果滿足使用要求。

2.4.4 支座驗(yàn)算

依據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則》（JTG/T B02-01-2008）需對板式橡膠支座進(jìn)行抗震驗(yàn)算，結(jié)果如下。

2.4.4.1 支座厚度驗(yàn)算

式中：Σt——橡膠層總厚度，mm，該橋支座取49mm；

tanγ——橡膠片剪切角正切值，取tanγ=1.0；

X0——E2地震作用效應(yīng)和永久作用效應(yīng)組合后橡膠支座頂面相對于底面的水平位移，mm，經(jīng)計算X方向，X0=11.5mm；Y方向，Y0=16.4 mm。

由上式可知，支座厚度驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

2.4.4.2 支座抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算

式中：μd——支座的動摩阻系數(shù)；橡膠支座與混凝土表面的動摩阻系數(shù)采用0.15，與鋼板的動摩阻系數(shù)采用0.10，該橋取0.15；

Rb——上部結(jié)構(gòu)重力在支座上產(chǎn)生的反力，kN，該橋 Rb=561 kN；

Ehzb——E2地震作用效應(yīng)和永久作用效應(yīng)組合后橡膠支座的水平地震力，kN，該橋Ehzb=30.16 kN.

由上式可知，支座抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。