孫 兵

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092）

0 引言

本文以某高架建設(shè)工程為實(shí)例進(jìn)行分析，高架主線道路等級(jí)為城市主干路，雙向六車道。高架全長(zhǎng)約2.95 km，道路為東西走向。在XP42~XP45墩之間有古城墻保護(hù)遺址即永安堡遺址，橋墩布置應(yīng)避開遺址保護(hù)區(qū)域，同時(shí)也要避開既有的防洪涵，因此橋墩布置偏離道路中心線。工程所處位置建設(shè)環(huán)境比較復(fù)雜，橋下立墩條件較差，抗震設(shè)計(jì)也比較復(fù)雜。橋墩布置偏離道路中心線，導(dǎo)致兩側(cè)墩柱受力差別較大。雙柱偏心墩如圖1所示，左側(cè)墩柱距道路中心線4.7m，右側(cè)橋墩距道路中心線9.3m。

本文對(duì)該工程中比較有代表性的一聯(lián)進(jìn)行地震響應(yīng)分析。跨徑布置為3×30m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，橋?qū)?1.5m。下部橋墩為雙柱偏心墩，如圖2所示。

1 結(jié)構(gòu)分析模型

為了研究雙柱偏心墩的抗震力學(xué)性能，利用midas Civil建立空間有限元?jiǎng)恿Ψ治瞿Ｐ?。在模型中，主梁、橋墩和承臺(tái)采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬；考慮到樁土相互作用，群樁基礎(chǔ)采用6×6彈簧模擬樁基礎(chǔ)的剛度[4]，將6×6彈簧剛度指定到相應(yīng)的承臺(tái)底節(jié)點(diǎn)；支座為摩擦擺減隔震支座，在結(jié)構(gòu)分析中，采用一般連接模擬支座的雙線性力學(xué)特性。計(jì)算模型如圖3所示。

圖1 XP42 墩雙柱偏心墩構(gòu)造圖（單位：m）

圖2 3×30 m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁（單位：m）

圖3 3×30 m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁m idas Civil 空間計(jì)算模型

根據(jù)《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 166—2011）[1]規(guī)定，減隔震抗震體系可只進(jìn)行E2地震作用下的抗震性能分析，因此本文只進(jìn)行E2狀態(tài)下橋墩和樁基礎(chǔ)的縱橫向地震響應(yīng)的計(jì)算分析。

2 地震響應(yīng)分析

2.1 地震作用

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2016年版）》（GB 50011—2010）[2]附錄A，擬建場(chǎng)地的抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015）[3]，確定反映譜特征周期為0.55 s。根據(jù)《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 166—2011）[1]第4章，結(jié)合剪切波速測(cè)試資料及區(qū)域地質(zhì)資料，綜合確定該橋擬建場(chǎng)地的場(chǎng)地土類型為中軟土，工程場(chǎng)地類別為Ⅲ類。根據(jù)《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 166—2011）[1]表3.1.1，結(jié)合該橋的實(shí)際情況，綜合確定該橋的抗震設(shè)防分類為乙類。

該橋進(jìn)行分析的E2地震作用下反應(yīng)譜曲線和地震動(dòng)加速度時(shí)程分別如圖4、圖5所示。E2地震作用下采用非線性時(shí)程分析[5]，分析結(jié)果取七條地震動(dòng)加速度時(shí)程結(jié)果的平均值。圖5僅示出一條地震動(dòng)加速度時(shí)程的曲線。E2地震作用下的反應(yīng)譜曲線根據(jù)《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 166—2011）[1]得到。E2地震作用下地震動(dòng)加速度時(shí)程由E2地震作用下的反應(yīng)譜擬合得到。

圖4 E2 地震作用下反應(yīng)譜曲線

圖5 E2 地震作用下地震動(dòng)加速度時(shí)程

2.2 承臺(tái)底地震響應(yīng)

利用midas Civil對(duì)該橋進(jìn)行E2地震作用下非線性時(shí)程分析，得到承臺(tái)底的縱橋向和橫橋向地震響應(yīng)，見表1、表2。

表1 E2 地震作用下縱橋向承臺(tái)底地震響應(yīng)

表2 E2 地震作用下橫橋向承臺(tái)底地震響應(yīng)

表1、表2中L表示左側(cè)靠近道路中心線橋墩，R表示右側(cè)遠(yuǎn)離道路中心線橋墩。從表1、表2地震作用下承臺(tái)底地震響應(yīng)可以看出，縱橋向左側(cè)橋墩承臺(tái)底軸力、剪力和彎矩比右側(cè)橋墩承臺(tái)底相應(yīng)地震響應(yīng)大，橫橋向左側(cè)橋墩承臺(tái)剪力和彎矩比右側(cè)橋墩承臺(tái)底相應(yīng)地震響應(yīng)大，橫橋向左右兩側(cè)橋墩軸力響應(yīng)差別較小。這表明由于雙柱偏心墩的雙柱相對(duì)于道路中心線不對(duì)稱，存在偏心，導(dǎo)致雙柱的地震響應(yīng)出現(xiàn)巨大差異，靠近道路中心線側(cè)的橋墩受力極為不利。因此應(yīng)對(duì)靠近道路中心線側(cè)的橋墩和樁基進(jìn)行較高等級(jí)的抗震措施設(shè)計(jì)，以滿足結(jié)構(gòu)安全性的要求，相應(yīng)遠(yuǎn)離道路中心線側(cè)的橋墩和樁基采用相對(duì)較低等級(jí)的抗震措施，以同時(shí)滿足安全性和經(jīng)濟(jì)性的要求。

2.3 雙柱偏心墩墩底地震響應(yīng)

利用midas Civil對(duì)該橋進(jìn)行E2地震作用下非線性時(shí)程分析，得到雙柱偏心墩墩底的縱橋向和橫橋向地震響應(yīng)，見表3、表4。

表3、表4中L表示左側(cè)靠近道路中心線橋墩，R表示右側(cè)遠(yuǎn)離道路中心線橋墩。從表3、表4地震作用下雙柱偏心墩墩底地震響應(yīng)可以看出，縱橋向墩底軸力不是特別大，但是橫橋向墩底軸

表3 E2 地震作用下縱橋向雙柱偏心墩墩底地震響應(yīng)

表4 E2 地震作用下橫橋向雙柱偏心墩墩底地震響應(yīng)

力比較大。這表明由于雙柱偏心墩偏離道路中心線，兩側(cè)橋墩的不對(duì)稱導(dǎo)致橫橋向橋墩地震軸力較大，因此雙柱偏心墩橋墩橫橋向受力較為不利?？v橋向左側(cè)橋墩墩底軸力、剪力和彎矩比右側(cè)橋墩墩底相應(yīng)地震響應(yīng)大，橫橋向左側(cè)橋墩墩底地震響應(yīng)和右側(cè)橋墩墩底相應(yīng)地震響應(yīng)相比差別不大。因此縱橋向橋墩抗震措施應(yīng)分別設(shè)計(jì)，橫橋向橋墩抗震措施可采用相同的設(shè)計(jì)，以滿足對(duì)結(jié)構(gòu)安全性和經(jīng)濟(jì)性的要求。

2.4 雙柱偏心墩樁基地震響應(yīng)

由2.2節(jié)中得到的承臺(tái)底地震響應(yīng)，利用承臺(tái)底的內(nèi)力來計(jì)算得到單樁的最不利地震響應(yīng)。單樁最不利地震響應(yīng)見表5、表6。

表5、表6中L表示左側(cè)靠近道路中心線橋墩，R表示右側(cè)遠(yuǎn)離道路中心線橋墩。從表5、表6地震作用下雙柱偏心墩樁基地震響應(yīng)可以看出，縱橋向樁基軸力很大，但是橫橋向樁基軸力不是很大。這表明雙柱偏心墩樁基縱向地震軸力較為不利?？v橋向左側(cè)橋墩樁基軸力、剪力和彎矩比右側(cè)橋墩樁基相應(yīng)地震響應(yīng)大，橫橋向左側(cè)橋墩樁基地震響應(yīng)和右側(cè)橋墩樁基相應(yīng)地震響應(yīng)相比差別不大。因此縱橋向兩側(cè)橋墩樁基抗震措施應(yīng)分別設(shè)計(jì)，橫橋向兩側(cè)橋墩樁基抗震措施可采用相同的設(shè)計(jì)。

表5 E2 地震作用下縱橋向雙柱偏心墩樁基地震響應(yīng)

表6 E2 地震作用下橫橋向雙柱偏心墩樁基地震響應(yīng)

3 結(jié) 語

經(jīng)過對(duì)雙柱偏心墩進(jìn)行建模分析并對(duì)其橋墩墩底和樁基地震響應(yīng)進(jìn)行分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）雙柱偏心墩雙柱對(duì)于道路中心的不對(duì)稱，導(dǎo)致左右兩側(cè)立柱出現(xiàn)了地震響應(yīng)的巨大差異。

（2）從承臺(tái)底的地震響應(yīng)可以看出，左側(cè)靠近道路中心線橋墩比右側(cè)遠(yuǎn)離道路中心線橋墩受力較為不利，縱橫向承臺(tái)底地震彎矩相差不大。

（3）從橋墩墩底地震響應(yīng)可以看出，縱橋向左側(cè)靠近道路中心線橋墩墩底地震響應(yīng)比右側(cè)遠(yuǎn)離道路中心線橋墩墩底地震響應(yīng)大，橫橋向左側(cè)靠近道路中心線橋墩墩底地震響應(yīng)和右側(cè)遠(yuǎn)離道路中心線橋墩墩底地震響應(yīng)相比差別不大。

（4）從樁基地震響應(yīng)可以看出，縱橋向左側(cè)靠近道路中心線橋墩樁基地震響應(yīng)比右側(cè)遠(yuǎn)離道路中心線橋墩樁基地震響應(yīng)大，橫橋向左側(cè)靠近道路中心線橋墩樁基地震響應(yīng)和右側(cè)遠(yuǎn)離道路中心線橋墩樁基地震響應(yīng)相比差別不大。

綜上，左右兩側(cè)橋墩應(yīng)該分別進(jìn)行抗震措施的設(shè)計(jì)，靠近道路中心線橋墩和樁基應(yīng)采取較高等級(jí)的抗震措施，遠(yuǎn)離道路中心線橋墩和樁基應(yīng)采取相對(duì)較低等級(jí)的抗震措施，以滿足對(duì)結(jié)構(gòu)安全性和經(jīng)濟(jì)性的要求。