張同進(jìn) （中鐵四院集團(tuán)新型軌道交通設(shè)計(jì)研究有限公司，江蘇 蘇州 215011）

1 工程概況

本項(xiàng)目位于蘇州太湖，北靠吳中新城，東傍太湖水系。主體為一連接兩個(gè)商業(yè)地塊的公共聯(lián)橋。聯(lián)橋主要功能為人行過(guò)街天橋，總長(zhǎng)度約200m，兩側(cè)共設(shè)置兩個(gè)鋼筋混凝土天橋橋臺(tái)，中間設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)鋼架橋臺(tái)。天橋分兩跨，左側(cè)跨度約90m（軸線距離），右側(cè)約75m（軸線距離）。兩側(cè)天橋在鋼結(jié)構(gòu)桁架處采用剛接，兩側(cè)混凝土橋臺(tái)順橋方向采用滑移支座，垂直橋方向采用固定支座。天橋橋身寬度約13～20m，層數(shù)2 層，橋身總高20.8m，上人屋面，上設(shè)輕鋼結(jié)構(gòu)頂棚。如圖1 所示。

圖1 鋼聯(lián)橋效果圖

天橋主結(jié)構(gòu)采用2 榀兩層通高鋼結(jié)構(gòu)桁架，沿主橋面兩側(cè)布置，弦桿及腹桿采用H 型鋼構(gòu)件，桁架間利用樓面鋼梁連接，并布置交叉鋼梁以形成樓面支撐體系，鋼梁上布置鋼筋桁架板形成組合樓板。天橋主結(jié)構(gòu)與混凝土橋臺(tái)間采用盆式支座連接，利用滑動(dòng)支座充分釋放大跨度結(jié)構(gòu)在溫度變化下的水平變形，同時(shí)減小地震作用效應(yīng)。

2 設(shè)計(jì)基本參數(shù)

2.1 基本參數(shù)

兩端橋臺(tái)核心筒混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40；核心筒內(nèi)梁板、天橋樓板混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30。樁基及基礎(chǔ)底板采用C35，基礎(chǔ)墊層采用C15。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限：50 年。建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)：二級(jí)（γ=1.0）。建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)：甲級(jí)。建筑耐火等級(jí)為一級(jí)?！?.000 相當(dāng)于85 國(guó)家高程4.200m?；撅L(fēng)壓：0.45 kN/m；地面粗糙度類別：B 類，風(fēng)載體型系數(shù)：1.40。基本雪壓：0.40 kN/m。溫度荷載：基準(zhǔn)溫度為20℃，最大升溫差+20℃，最大降溫差- 30℃。

2.2 抗震設(shè)計(jì)參數(shù)

抗震設(shè)防烈度：7 度（第一組），設(shè)計(jì)基本地震加速度：0.10g，建筑場(chǎng)地類別：Ⅲ類，場(chǎng)地特征周期小震、中震取Tg＝0.54s、大震Tg＝0.59s。考慮豎向地震作用，豎向地震影響系數(shù)最大值取0.65 倍水平地震影響系數(shù)最大值αmax。周期折減系數(shù)：0.9（小震），1（中、大震）；阻尼比：鋼結(jié)構(gòu)0.02（小、中、大震）；混凝土0.05（小、中震），0.06（大震）。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 地震作用系數(shù)

結(jié)構(gòu)采用鋼桁架- 鋼筋混凝土筒體體系，人行天橋兩端分別為2014- G- 48(1)號(hào)地塊和2014- G- 48(2)號(hào)地塊，橋身共計(jì)兩跨，采用兩層高的實(shí)腹鋼桁架，中間橋墩采用鋼結(jié)構(gòu)，兩側(cè)橋墩采用鋼筋混凝土筒體作為主要的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。根據(jù)《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 166- 2011）中第三章判斷，屬于丁類橋梁，抗震設(shè)防分類及抗震設(shè)計(jì)方法為B類，應(yīng)進(jìn)行E1 地震作用下的抗震分析和抗震驗(yàn)算，且本工程符合表6.1.2 中非規(guī)則橋梁的定義，在E1 地震作用下可采用MM/TH（多振型反應(yīng)譜法/線性或非線性時(shí)程計(jì)算方法）進(jìn)行抗震分析。

由《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》表3.2.2 可確定E1 地震調(diào)整系數(shù)Ci=0.35，由式5.2.1- 2 可得設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜 最 大 值 Smax=2.25A=2.25 ×0.35 ×0.1=0.079，與《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011- 2010）（2016 年版）中7 度（0.1g）多遇地震水平地震影響系數(shù)最大值αmax=0.08 相近，即參照《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 166- 2011）確定的地震作用與民用建筑多遇地震的地震作用相當(dāng)?？紤]到該天橋?yàn)檫B接商業(yè)綜合體之間的人行天橋，承擔(dān)著民用功能，且橋體跨度較大，故按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)其進(jìn)行抗震性能分析，保證天橋在相應(yīng)地震作用下的可靠性。

3.2 結(jié)構(gòu)體系

天橋主結(jié)構(gòu)與橋臺(tái)間采用盆式支座連接，利用滑動(dòng)支座充分釋放大跨度結(jié)構(gòu)在溫度變化下的水平變形。樓蓋體系采用鋼筋壓型鋼板組合土樓板?；炷连F(xiàn)澆板通過(guò)栓釘與鋼梁連接，加強(qiáng)天橋桁架樓面整體剛度。天橋桁架受力分析時(shí)，為安全起見，不考慮樓板作用，避免桁架桿件拉壓力被樓板承擔(dān)，導(dǎo)致桁架桿件計(jì)算內(nèi)力減小偏不安全。在變形分析及天橋振動(dòng)分析時(shí)，考慮樓板的有效作用，樓板按彈性板計(jì)算，真實(shí)考慮樓板面內(nèi)外剛度。

3.3 抗震性能目標(biāo)

本工程屬于大跨結(jié)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震目標(biāo)，采用基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法，結(jié)合工程的特殊情況并綜合考慮抗震設(shè)防類別、設(shè)防烈度、場(chǎng)地條件、建造費(fèi)用、震后損失和修復(fù)難易程度等因素，設(shè)定本工程的抗震性能目標(biāo)，詳見表1。

3.4 多遇地震作用

首先，結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算分析采用2 個(gè)基于三維力學(xué)模型的有限元計(jì)算程序復(fù)核驗(yàn)算（如圖2、圖3 所示），表1 給出了兩種軟件計(jì)算的主要結(jié)果對(duì)比；其次，結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算時(shí)選取足夠多的振型，滿足振型參與的有效質(zhì)量大于總質(zhì)量90%的要求；驗(yàn)算橋身支座豎向最不利組合情況下是否會(huì)出現(xiàn)拉力；本項(xiàng)目水平地震作用采用振型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行計(jì)算，對(duì)橋身桁架部分的豎向地震采用振型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)內(nèi)力考慮雙向地震作用的包絡(luò)。

抗震性能目標(biāo) 表1

兩種軟件計(jì)算結(jié)果對(duì)比 表2

3.5 罕遇地震作用

圖2 MIDAS GEN 計(jì)算模型

圖3 YJK 計(jì)算模型

結(jié)構(gòu)在大震下的等效彈性分析采用YJK 軟件，地震影響系數(shù)最大值為0.5，設(shè)計(jì)特征周期Tg=0.59s，周期折減系數(shù)取1，阻尼比0.02（鋼），0.06（混凝土），連梁剛度折減系數(shù)取0.5。橋身支座處由于盆式橡膠支座固定，水平承載力為豎向承載力Nmax 的10%，考慮水平力過(guò)大，支座破壞后下弦鋼板與混凝土之間的摩擦系0.15，核心筒所受的最大水平力為0.15Nmax，通過(guò)調(diào)整模型支座剛度來(lái)模擬實(shí)際產(chǎn)生的水平力情況進(jìn)行分析。

罕遇地震作用下，橋身支座發(fā)生滑移，核心筒振動(dòng)需滿足不與橋身碰撞的要求，對(duì)結(jié)構(gòu)整體及兩個(gè)混凝土核心筒進(jìn)行獨(dú)立的靜力彈塑性分析計(jì)算，以評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的彈塑性行為，分析關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)在罕遇地震下的最大位移以及最大基底剪力，保證大震作用下結(jié)構(gòu)不損壞，一般維修后可繼續(xù)使用。

單獨(dú)計(jì)算時(shí)在橋臺(tái)支座節(jié)點(diǎn)上施加橋身桁架傳遞的重力值以考慮桁架對(duì)橋臺(tái)的不利影響，對(duì)大震下對(duì)結(jié)構(gòu)整體及兩個(gè)混凝土核心筒橋墩進(jìn)行靜力推覆分析，得到橋整體與橋墩跨方向的能力/需求曲線，如圖4（僅給出X向）。

圖4 整體推覆0°(X 向)

由上圖可知，在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)在兩個(gè)推覆方向性能點(diǎn)的層間最大位移角最大值為1/440，兩個(gè)混凝土橋臺(tái)分別計(jì)算時(shí)在兩個(gè)推覆方向性能點(diǎn)的層間最大位移角最大值為1/555，該值小于規(guī)范規(guī)定的最大層間位移角1/50，并且離限值較遠(yuǎn)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)具有較大的安全儲(chǔ)備。

3.6 橋臺(tái)支座設(shè)計(jì)

橋臺(tái)支座的布置詳橋臺(tái)支座示意圖5，針對(duì)橋身桁架支座處的支座反力進(jìn)行分析，詳橋臺(tái)位移及支座反力表3，支座處在大震工況下的最小反力為- 166kN，未出現(xiàn)拉力，故橋身不會(huì)在支座處出現(xiàn)脫離支座的滑移（表中的負(fù)號(hào)表示受壓，正號(hào)表示受拉）。

3.7 溫度應(yīng)力分析

采用midas gen 軟件對(duì)樓板及桁架應(yīng)力進(jìn)行分析，分析結(jié)果詳圖6。

圖5 橋臺(tái)支座示意圖

橋臺(tái)位移及支座反力表 表3

分析結(jié)果表明，在溫度作用下，桁架桿件的壓應(yīng)力最大值為11.5 N/mm，拉應(yīng)力最大值為14.6N/mm溫度作用，應(yīng)力最大值約占鋼材應(yīng)力的5%，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力影響較小，分析其原因，由于順橋跨方向兩端設(shè)置了滑移支座，釋放了大位移，因此溫度應(yīng)力較小。

4 結(jié)論

圖6 桁架降溫30 度應(yīng)力圖

本文通過(guò)YJK及MIADS GEN 兩個(gè)不同力學(xué)模型的軟件對(duì)比分析，兩個(gè)軟件的計(jì)算結(jié)果基本吻合，說(shuō)明軟件計(jì)算結(jié)果正確可靠。對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震作用下承載力設(shè)計(jì)、補(bǔ)充小震彈性時(shí)程分析、設(shè)防地震下的彈性計(jì)算及大震不屈服驗(yàn)算、罕遇地震下的靜力彈塑性分析。結(jié)果均滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011- 2010）要求。對(duì)盆式橡膠支座特殊構(gòu)件進(jìn)行分析，天橋支座均不受拉，天橋支座通過(guò)合理設(shè)計(jì)保證中大震作用下的支座變形及耗能能力，并預(yù)留足夠的支座位移空間。結(jié)構(gòu)豎向自振頻率≤3Hz。