岳章勝，張厚民，蔣海軍，張魯明

(1.青島市政工程設(shè)計(jì)研究院,山東青島 266071;2.中南工程咨詢?cè)O(shè)計(jì)集團(tuán)，湖北武漢 430071)

1 工程概述

金水路是貫穿青島市李滄區(qū)東西向的交通大動(dòng)脈，橋梁工程西起環(huán)灣大道，向東跨越青島火車北站、安順路、既有膠濟(jì)鐵路及四流路后落地，全長(zhǎng)2.1 km。環(huán)灣大道至四流路段地表覆蓋有10 m左右的建筑垃圾，表層垃圾土沉積將近10年，為中軟土，屬抗震不利地段。本文選取跨徑組合為35+40+35=110(m)的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)為例進(jìn)行抗震分析。標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)橋?qū)?5 m，采用單箱三室的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，梁高2.2 m，支座采用QZ球形支座，橫向設(shè)置兩排橋墩，橫橋向間距5 m，橋墩采用2 m×2 m的Y型墩，墩高10 m，承臺(tái)尺寸為3 m（橫向）×6.3 m(縱向)×2.5 m(高),每個(gè)承臺(tái)下設(shè)置2根直徑1.5 m的樁基，樁基嵌入中風(fēng)化安山巖不小于1.5 m。由于兩個(gè)橋墩承臺(tái)間有管線通過(guò)，無(wú)法設(shè)置承臺(tái)間的橫向連系梁，基礎(chǔ)橫向剛度小，因此，有必要對(duì)此種情況下的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震驗(yàn)算。

2 計(jì)算模型及主要參數(shù)

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）規(guī)范附錄A之規(guī)定，青島市區(qū)抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值0.05 g，屬設(shè)計(jì)地震分組第三組，橋位處場(chǎng)地為Ⅱ類，設(shè)計(jì)特征周期0.45 s。承臺(tái)底0～7 m深地基土主要為建筑垃圾，7～11 m深地基土為淤泥質(zhì)黏土，11～15 m深地基土為強(qiáng)風(fēng)化安山巖，15 m以下為中等風(fēng)化安山巖。

根據(jù)《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 166-2011）可知該橋梁屬于B類，對(duì)于6度區(qū)，僅需利用反應(yīng)譜法進(jìn)行E1地震作用下的抗震驗(yàn)算，并滿足相關(guān)構(gòu)造和抗震措施的要求即可[1]。本文按照規(guī)范要求僅進(jìn)行E1地震作用下多振型反應(yīng)譜分析。建模采用MIDAS/civil軟件，上部結(jié)構(gòu)采用單梁模型，下部結(jié)構(gòu)采用空間桿系模型，樁與土的相互作用采用土彈簧進(jìn)行模擬，彈簧剛度計(jì)算按照《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D63—2007）進(jìn)行，并考慮了2.5的動(dòng)力系數(shù)。

3 計(jì)算圖式

該橋的動(dòng)力特性分析采用空間結(jié)構(gòu)計(jì)算圖式[2]，由于截面為箱型，故采用單主梁模型，橋墩按實(shí)際尺寸模擬。該橋計(jì)算考慮三種工況。工況一：每個(gè)橋墩下順橋向設(shè)置兩排、橫橋向設(shè)置一排直徑為1.5 m的樁基，橋墩與樁基通過(guò)2.5 m厚的承臺(tái)連接 ,兩個(gè)橋墩承臺(tái)不相連。工況二：每個(gè)橋墩下順橋向設(shè)置兩排、橫橋向設(shè)置一排直徑為1.5 m的樁基，橋墩與樁基通過(guò)2.5 m厚的承臺(tái)連接，兩個(gè)橋墩承臺(tái)間通過(guò)1.5 m×1.5 m鋼筋混凝土系梁相連。工況三：兩個(gè)橋墩共用一個(gè)承臺(tái)，承臺(tái)尺寸為 6.3m(順橋向)×8.0 m(橫橋向)×2.5m(厚),承臺(tái)底順橋向設(shè)置兩排、橫橋向設(shè)置兩排直徑為1.5 m的樁基。詳見圖1～圖3。

3.1 墩梁約束模擬

抗震計(jì)算模型考慮上下部的共同剛度，支座和橋墩剛度串聯(lián)計(jì)算。盆式支座固定方向剛度可視為無(wú)限大，取DX=DY=DZ=10 000 000 kN/m，支座活動(dòng)方向釋放約束。

3.2 樁基約束模擬

橋梁抗震分析模型考慮樁土的共同作用，樁土的共同作用采用等代土彈簧模擬，等代土彈簧的剛度采用表征土介質(zhì)彈性值的m參數(shù)來(lái)計(jì)算[3]：

圖1 不同工況基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式圖(單位：cm)

圖2 全橋模型

圖3 設(shè)計(jì)反應(yīng)譜

式中：a為土層厚度；b為該土層在垂直于計(jì)算模型所在平面的方向上的寬度；z為土層深度；m為土層水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)，m動(dòng)=2.5 m靜。

4 動(dòng)力分析結(jié)果

4.1 不同工況下橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析

從表1～表3中可以看出，由于橋梁主梁剛度相對(duì)較大，前三階振型均反應(yīng)出以橋墩變形為主的振型。工況1由于承臺(tái)間沒(méi)有拉結(jié)，基礎(chǔ)橫向剛度較弱，第一階振型為橋墩橫向彎曲；工況2和工況3由于承臺(tái)的相互連接，第一階振型均為以橋墩縱向變形為主[4]?；A(chǔ)連接的加強(qiáng)對(duì)橋梁的縱向自振周期影響較小，從工況一的1.683 4 s逐漸變化到工況三的1.652 8 s；對(duì)橋梁的橫向周期影響很大，從工況一的2.653 s逐漸加大到工況三的0.986 6 s。

表1 工況一成橋狀態(tài)動(dòng)力特性

表2 工況二成橋狀態(tài)動(dòng)力特性

表3 工況三成橋狀態(tài)動(dòng)力特性

4.2 不同工況下地震作用內(nèi)力及位移

對(duì)三種不同工況下進(jìn)行了E1地震反應(yīng)譜分析（見表4、表5），計(jì)算結(jié)果表明：制動(dòng)墩根部的順橋向彎距從工況一的4 987 kN·m到工況三的5 088 kN·m，變化很??；而橫橋向彎距從工況一的1 647 kN·m到工況三的4 562 kN·m，彎矩增大明顯；承臺(tái)及墩頂位移在順橋向地震作用下最大位移變化不大，而橫橋向位移顯著減小。

4.3 抗震能力驗(yàn)算

對(duì)于城市普通預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁高架橋，抗震主要構(gòu)件為墩和樁，這些構(gòu)件在地震作用下以彎曲變形為主，其抗彎能力是抗震控制因素。因此，主要對(duì)橋墩及樁基礎(chǔ)進(jìn)行驗(yàn)算（見表6）。

表4 三種工況下E1地震內(nèi)力（制動(dòng)墩）

表5 三種工況下E1地震內(nèi)力（活動(dòng)墩）

表6 E1地震內(nèi)力橋墩及樁基承載力驗(yàn)算

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)處于抗震不利地段的城市高架橋進(jìn)行了動(dòng)力特性分析和地震反應(yīng)譜分析，對(duì)城市高架橋的抗震特性有了比較全面的了解。計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，對(duì)處于抗震不利地段的高架橋而言，一般位于軟弱覆蓋土層區(qū)域，處于地表附近的樁側(cè)土對(duì)樁基的約束能力不足，在有條件情況下設(shè)置群樁基礎(chǔ)或通過(guò)設(shè)置承臺(tái)間的橫系梁可使橋梁結(jié)構(gòu)振型合理、規(guī)則，能顯著減小地震作用下的橫向內(nèi)力和位移，而對(duì)橋梁縱向地震作用下的內(nèi)力和位移影響不大。然而，對(duì)處于6度區(qū)的高架橋梁，由于條件限制無(wú)法設(shè)置承臺(tái)間的橫系梁時(shí)，在E1地震作用下，橋梁的抗震能力也能滿足規(guī)范的相關(guān)要求。

[1]范立礎(chǔ).橋梁抗震[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1996.

[2]JTJB02—2013，公路工程抗震規(guī)范[S].

[3]CJJ 166—2011，城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]李國(guó)豪.橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與振動(dòng)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1996.