錢(qián)　光，李　靜（.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢　430063；.武漢二航路橋特種工程有限責(zé)任公司，湖北武漢　43007）

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城市軌道交通高架橋橋墩延性抗震設(shè)計(jì)分析

錢(qián)光1，李靜2
（1.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢430063；2.武漢二航路橋特種工程有限責(zé)任公司，湖北武漢430071）

摘要橋梁延性抗震理論及設(shè)計(jì)方法已被國(guó)內(nèi)外工程界廣泛接受，國(guó)內(nèi)外關(guān)于橋梁延性抗震設(shè)計(jì)的研究成果也很多。本文結(jié)合一軌道交通線獨(dú)柱墩的設(shè)計(jì)，建立結(jié)構(gòu)-樁-土相互作用力學(xué)模型，并采用約束混凝土的概念，按《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 166—2011）進(jìn)行橋墩延性抗震分析，為今后同類(lèi)橋梁設(shè)計(jì)提供借鑒。

關(guān)鍵詞抗震；延性設(shè)計(jì)；城市軌道交通；高架橋

1　延性抗震設(shè)計(jì)

軌道交通高架橋多位于城市交通密集處，對(duì)安全性的要求非常高。我國(guó)屬于地震多發(fā)區(qū)，在興建城市軌道交通時(shí)，都會(huì)涉及到結(jié)構(gòu)抗震問(wèn)題。

對(duì)組成城市交通要道的工程結(jié)構(gòu)，要求其在遭受地震災(zāi)害時(shí)，盡管可能?chē)?yán)重?fù)p壞，但要免于倒塌破壞，這是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的最低目標(biāo)，也是延性抗震設(shè)計(jì)的基本思想。

延性抗震理論不同于強(qiáng)度理論，其通過(guò)結(jié)構(gòu)選定部位的塑性變形（形成塑性鉸）來(lái)抵抗地震作用。利用選定部位的塑性變形，不僅能消耗地震作用產(chǎn)生的能量，還能延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)周期，從而減小地震反應(yīng)。它反映了一種非彈性變形的能力，即結(jié)構(gòu)從屈服到破壞的后期變形能力，這種能力能保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不會(huì)因?yàn)榘l(fā)生非彈性變形而急劇下降，從而保證結(jié)構(gòu)在遭遇設(shè)計(jì)預(yù)期地震作用時(shí)，即使發(fā)生嚴(yán)重破壞，也能避免結(jié)構(gòu)倒塌。

2　工程實(shí)例

本文以某軌道交通線雙線簡(jiǎn)支梁15 m高獨(dú)柱式橋墩為例，簡(jiǎn)支梁采用單箱單室，梁高1. 80 m，跨高比16. 67，橋面寬9. 20 m，底部寬4. 10 m。成橋效果見(jiàn)圖1。橋墩底部截面橫橋向?qū)?. 80 m，順橋向?qū)?. 00 m，詳細(xì)尺寸見(jiàn)圖2。主筋配置直徑為28 mm的HRB400鋼筋，間距12. 50 cm，橫橋向主筋根數(shù)為21根，順橋向主筋根數(shù)為14根，全截面配筋率為0. 673％。底部塑性鉸區(qū)域箍筋配置直徑為12 mm的HRB400鋼筋，順橋向箍筋肢數(shù)為10肢，橫橋向箍筋肢數(shù)為8肢，其體積配箍率為0. 788％，均滿足規(guī)范要求。

圖1　成橋效果

圖2　橋墩截面尺寸（單位：cm）

3　計(jì)算分析

3. 1模型建立

該地區(qū)位于7度地震區(qū)，反應(yīng)譜擬合的相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。擬合后的場(chǎng)地水平加速度反應(yīng)譜曲線見(jiàn)圖3。

表1　E2地震反應(yīng)譜擬合參數(shù)

圖3　場(chǎng)地水平加速度反應(yīng)譜

本文以雙線簡(jiǎn)支梁15 m高獨(dú)柱式橋墩為例，采用MIDAS/CIVIL建立結(jié)構(gòu)模型，采用反應(yīng)譜法，在E2地震作用下對(duì)橋墩進(jìn)行延性抗震分析。墩身、承臺(tái)、基礎(chǔ)采用梁?jiǎn)卧M，將橋墩混凝土定義為PM塑性鉸。

利用程序自帶的功能計(jì)算橋墩彎矩-曲率關(guān)系，并按規(guī)范要求得到橋墩有效截面抗彎慣性矩。圖4和圖5為橋墩2個(gè)方向M -Φ曲線。表2為截面有效剛度系數(shù)等計(jì)算參數(shù)。

圖4　順橋向M -Φ曲線

圖5　橫橋向M -Φ曲線

表2　有效剛度參數(shù)

3. 2計(jì)算結(jié)果

3. 2. 1強(qiáng)度驗(yàn)算

根據(jù)程序彎矩-曲率曲線計(jì)算，得到橋墩截面的極限彎矩，計(jì)算得到橋墩在E2地震作用下塑性鉸區(qū)域的剪力設(shè)計(jì)值。同時(shí)根據(jù)規(guī)范要求，按實(shí)際配筋對(duì)其進(jìn)行能力保護(hù)抗震驗(yàn)算，其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算

計(jì)算結(jié)果表明，橋墩底部可能出現(xiàn)塑性鉸區(qū)域的剪切強(qiáng)度大于其在地震中可能承受的最大剪力，滿足截面抗剪強(qiáng)度要求，即在地震力作用下不會(huì)發(fā)生剪切脆性破壞。

3. 2. 2變形驗(yàn)算

利用計(jì)算得到橋墩截面的極限曲率及屈服曲率，根據(jù)規(guī)范相關(guān)要求，計(jì)算得到橋墩2個(gè)方向的容許位移，將其與地震作用下墩頂位移進(jìn)行比較，具體結(jié)果見(jiàn)表4。

表4　墩頂位移及容許位移

計(jì)算結(jié)果表明，橋墩在地震作用下墩頂可能產(chǎn)生的最大位移能滿足構(gòu)件變形要求。

4　結(jié)論與建議

本文通過(guò)工程實(shí)例，按CJJ 166—2011要求，對(duì)軌道交通高架橋簡(jiǎn)支梁獨(dú)柱式橋墩進(jìn)行延性抗震設(shè)計(jì)，總結(jié)得出了如下結(jié)論，可為今后該類(lèi)地區(qū)同類(lèi)橋梁的設(shè)計(jì)提供借鑒。

1）在地震作用下，橋墩底部區(qū)域可能出現(xiàn)塑性鉸。采用能力保護(hù)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行延性抗震設(shè)計(jì)，對(duì)塑性鉸區(qū)域鋼筋配置進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)算，能有效確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件不發(fā)生剪切脆性破壞，充分發(fā)揮構(gòu)件的延性能力。

2）構(gòu)件中縱向鋼筋的配置需要滿足一定范圍，縱向受拉鋼筋的增加，總體上對(duì)延性有不利的影響。

3）在塑性鉸區(qū)域適當(dāng)加密箍筋配置，可以有效提高橋墩延性，避免因箍筋失效或不足而引起的剪切破壞。在設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)塑性鉸位置箍筋的配置引起足夠的重視。

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（責(zé)任審編趙其文）

Seismic Design Analysis of Viaduct Pier Ductility for Urban Rail Transit

QIAN Guang1，LI Jing2
（1. China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.，Ltd.，Wuhan Hubei 430063，China；2. CCCC Road & Bridge Special Engineering Co.，Ltd.，Wuhan Hubei 430071，China）

AbstractT he ductility seismic theory and design method of bridge have been widely conducted in this field. In this paper，ductility seismic design of single column pier of urban rail transit was introduced. A model was built with consideration of interaction of structure，piles and soil. Concrete confinement effect was analyzed. T he ductility seismic design was based on the provisions in Code for Seismic Design of Urban Bridges（C JJ 166—2011）.

Key wordsSeismic resistance；Ductility design；Urban rail transit；Viaduct

中圖分類(lèi)號(hào)U442. 5+5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

DOI:10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 06. 08

文章編號(hào)：1003-1995（2016）06-0031-03

收稿日期：2016-02-18；修回日期：2016-03-22

作者簡(jiǎn)介：錢(qián)光（1984—），男，工程師，碩士。