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        邊坡處柔性橋墩抗震簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法研究

        2015-12-30 09:19:34煜呂
        科技視界 2015年14期
        關(guān)鍵詞:板式橋墩支座

        蔡 煜呂 哲

        (1.中國路橋工程有限責(zé)任公司,中國 北京100011;2.上海市政交通設(shè)計(jì)研究院有限公司,中國 上海200030)

        0 引言

        橋梁結(jié)構(gòu)的地震破壞除了造成結(jié)構(gòu)本身的直接損失,當(dāng)橋位設(shè)置在主干道上,還會(huì)阻礙救援和物資人員的運(yùn)送。我國是地震多發(fā)國家,2008年發(fā)生的汶川地震造成了大量的傷亡,破壞原因大多是設(shè)防烈度低于實(shí)際烈度[1~4],但地震的復(fù)雜性導(dǎo)致計(jì)算的精確很難控制[5],首先需要對(duì)在建場(chǎng)地中的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行明確的概念分析,然后結(jié)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行薄弱抗震部位的驗(yàn)算,最終保證通過配筋和構(gòu)造驗(yàn)算保證結(jié)構(gòu)的抗震性能。對(duì)于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的規(guī)則橋梁,采用有效簡(jiǎn)便的理論進(jìn)行分析可以為初步設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

        1 規(guī)則橋梁的簡(jiǎn)化抗震設(shè)計(jì)理論

        目前規(guī)范中主要推薦的分析方法為反應(yīng)譜法、時(shí)程分析法和功率譜法,其中反應(yīng)譜法是根據(jù)結(jié)構(gòu)的彈性反應(yīng)結(jié)果建立的一種簡(jiǎn)化計(jì)算方法,對(duì)于規(guī)則橋梁有很好的適用性,而且在計(jì)算中應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)、支座、橋墩以及基礎(chǔ)等影響[6]。

        全聯(lián)均采用板式橡膠支座的連續(xù)梁橋或橋面連續(xù)、順橋向具有足夠強(qiáng)度的抗震連接措施(即順橋向連接措施強(qiáng)度大于支座抗剪極限強(qiáng)度)的簡(jiǎn)支梁,其水平地震力可按下述簡(jiǎn)化方法計(jì)算:

        1)上部結(jié)構(gòu)對(duì)板式相交支座頂面處產(chǎn)生的水平地震力

        Eihs——上部結(jié)構(gòu)對(duì)第i號(hào)墩板式橡膠支座頂面處產(chǎn)生的水平地震力(kN);

        ns——第i號(hào)墩頂板式橡膠支座數(shù)量;

        Gd——板式橡膠支座的剪切模量,一般取值1200kN/m2;

        Ar——板式橡膠支座面積(m2);

        Σt——板式橡膠支座橡膠總厚度(m);

        n——相應(yīng)于一聯(lián)上部結(jié)構(gòu)的橋墩個(gè)數(shù);

        kip——第i號(hào)橋墩墩頂抗推剛度;

        Gsp——一聯(lián)上部結(jié)構(gòu)的總重量(kN);

        Sh1——相應(yīng)水平方向加速度反應(yīng)譜值。

        2)墩身水平地震力

        柱式墩由墩身自重在板式橡膠支座頂面產(chǎn)生的水平地震力

        Gtp——橋墩對(duì)板式橡膠支座頂面處的換算質(zhì)點(diǎn)重力(kN)。

        Gcp——蓋梁的重量;

        Gp——橋墩的重量;

        η——墩身重力換算系數(shù):

        Xf——考慮地基變形時(shí),順橋向作用于支座頂面或橫橋向作用于上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量重心上的單位水平力在一般沖刷線或基礎(chǔ)頂面引起的水平位移與支座頂面或上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量重心處的水平位移之比。

        將上部結(jié)構(gòu)的地震力Eihs和墩身的水平地震力Eihp施加到橋墩上,即可得到墩底位置處的內(nèi)力。以上是簡(jiǎn)化算法的計(jì)算過程,下面通過一個(gè)實(shí)際工程算例進(jìn)行應(yīng)用。

        2 計(jì)算算例

        某高速公路工程結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)支組合梁橋,單孔標(biāo)準(zhǔn)跨徑為20m,橋?qū)?9.5m,三跨一聯(lián),采用橋面連續(xù)的鋪裝。該工程跨越地形為寬523.5m的溝谷地形,靠近邊坡的位置橋墩高度變化明顯,導(dǎo)致橋墩縱向抗推剛度變化較大,下部結(jié)構(gòu)的抗震性能需要進(jìn)行分析,如下圖所示。本工程中采用橡膠支座型號(hào)為GJZ400×400×69,橡膠層厚度為49mm,計(jì)算得剪切剛度為3918kN/m。

        圖1 簡(jiǎn)支組合梁橋立面布置圖

        一聯(lián)跨總共有四個(gè)橋墩,從左到右依次編號(hào)為1、2、3和4號(hào)墩。上部結(jié)構(gòu)分配到橋墩頂部的重量為681.7t,蓋梁的重量為135.4t。橋墩的截面為1.7×1.7m,墩身高度依次為18.9m、16.6m、10.1m和6.1m。支座剪切剛度為3918.4kN/m。為了得到更精確的自振頻率,采用有限元模型計(jì)算得到該結(jié)構(gòu)的基頻為0.79。根據(jù)公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則中5.2.1和5.2.2條的規(guī)定[6],得到水平方向的加速度反應(yīng)譜值為0.086。將這些參數(shù)代入上面的計(jì)算過程中可以得到墩底的彎矩值如下表所示:

        表1 E1地震力作用下墩底矩值

        3 結(jié)論

        本文針對(duì)某橋梁工程中邊坡處墩高變化相對(duì)較大的一聯(lián)跨徑,基于彈性理論進(jìn)行了反應(yīng)譜法的抗震分析,通過采用簡(jiǎn)化的計(jì)算方法,可不需要建立有限元模型,通過手算得到墩底的彎矩值。通過與有限元計(jì)算結(jié)果對(duì)比可以得到如下結(jié)論:

        (1)有限元計(jì)算結(jié)果較簡(jiǎn)化計(jì)算方法偏大,這可能是由于支座采用彈簧單元模擬并沒有完全反應(yīng)支座的水平抗剪性能,該簡(jiǎn)化計(jì)算方法相比有限元計(jì)算結(jié)果偏于不安全,但仍可以作為校核計(jì)算方法采用。

        (2)支座的抗剪剛度kr起到了降低橋墩組合抗推剛度ktp間差距的作用,使水平力分配大小不至于懸殊。工程上的意義是需要對(duì)橡膠支座定期檢查更換,確保橡膠支座的水平抗剪變形作用,否則矮墩的組合抗推剛度會(huì)增大,分配到矮墩的地震力會(huì)相應(yīng)增大。

        (3)本算例中最不利橋墩為最高的橋墩。

        [1]王克海.橋梁抗震研究[M].北京:中國鐵道出版社,2007.

        [2]鄧小偉.基于兩水平設(shè)防的連續(xù)梁抗震性能分析[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào),2012,25(4):39-42.

        [3]張永亮,徐家林.京滬高速鐵路滄德特大橋地震反應(yīng)分析[J].世界橋梁,2013,41(6):43-47.

        [4]貢金鑫,王雪婷.從汶川地震災(zāi)害看現(xiàn)行國內(nèi)外橋梁抗震設(shè)計(jì)方法[J].大連理工學(xué)報(bào),2009,49(5):739-747.

        [5]葉愛君.大跨度橋梁抗震設(shè)計(jì)實(shí)用方法[J].土木工程學(xué)報(bào),2001.2,34(1):1-5.

        [6]公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則(B0001-JTG∕TB02-01-2008)[S].北京:人民交通出版社,2008.

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