方正東，竇巍，張浩

（1.安徽省交通規(guī)劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088）

0 前言

G3W高速地處安徽省中部，沿途經(jīng)過合肥市、六安市、安慶市及銅陵市，是我省高速公路網(wǎng)規(guī)劃中“縱三”高速的一段。G3W高速合肥到樅陽段樁板式路基總長19.5km，標準跨徑6m，等跨徑布置，15孔一聯(lián)，標準聯(lián)長90m。橋面板采用縱向分塊預制，管樁與梁板采用固結(jié)連接。

本文以k97+237.5段樁板路基為例，選取聯(lián)長132m、墩高8m的樁板路基（這種工況下結(jié)構(gòu)上部質(zhì)量最大、墩高最高為樁基最不利受力工況），作為抗震計算分析對象，采用管樁基本情況如表1。

管樁基本情況 表1

勘察場地位于抗震設防烈度為7度。本區(qū)內(nèi)Ⅱ類場地設計地震峰值加速度0.10g，反應譜特征周期為0.35s。

1 計算模型和驗算內(nèi)容

1.1 有限元模型建立

主梁采用免涂裝高性能耐候鋼，根據(jù)橋面寬度的不同，橫向截面就采用不同的免涂裝高結(jié)構(gòu)地震動力反應分析采用空間結(jié)構(gòu)的有限單元方法，計算模型以順橋向為x軸，橫橋向為y軸，豎向為z軸。本次計算模型采用MIDAS CIVIL進行數(shù)值分析。其中橋面板采用板單元模擬，劃分約為500mm×500mm一個單元，有限元模型中以不同板厚來模擬樁頂加腋部分（50cm厚）和等厚部分（26cm厚）；樁采用三維梁單元模擬下部結(jié)構(gòu)，根據(jù)地質(zhì)資料按“m法”計算樁基－土相互作用，節(jié)點彈性支承模擬土對樁基礎(chǔ)約束作用。圖1為Midas Civil動力有限元模型圖（1號墩為邊墩，2號墩1/4跨處墩，3號墩1/2跨處墩）。

圖1 動力有限元分析模型

1.2 荷載組合

根據(jù)《公路橋梁抗震設計細則》（JTG/T B02-01-2008）3.4.2，地震作用效應組合應包括永久作用效應+地震作用效應，組合方式應包括各種效應的最不利組合，應當考慮縱向、橫向以及豎向三個方向地震作用效應。

1.3 驗算內(nèi)容

根據(jù)樁板路基結(jié)構(gòu)特點，應當驗算以下內(nèi)容：①E1、E2地震作用下樁板連接接頭抗剪承載力及偏心受壓承載力驗算；②E1、E2地震作用下橋墩PRCI-500AB110管樁抗剪承載力及偏心受壓承載力驗算；③E1、E2地震作用下樁基PHC-500AB110管樁抗剪承載力及偏心受壓承載力驗算。

2 E2地震作用下反應分析結(jié)果

2.1 關(guān)鍵節(jié)點最大位移

在E2地震的輸入下，利用反應譜分析方法，可以得到結(jié)構(gòu)各關(guān)鍵節(jié)點的位移響應，其結(jié)果見表3。

抗震計算基本信息 表2

E2地震關(guān)鍵點最大位移 表3

2.2 管樁控制截面最大地震內(nèi)力

E2地震作用的輸入下，利用反應譜分析方法，可以得到各橋墩關(guān)鍵截面的地震響應，其結(jié)果分別見表4和表5。

E2地震作用下橋墩控制斷面內(nèi)力值（縱向＋豎向輸入） 表4

E2地震作用下橋墩控制斷面內(nèi)力值（橫向＋豎向輸入） 表5

A縱向+豎向地震見表4。

B橫向+豎向地震輸入見表5。

3 截面抗震驗算

3.1 驗算結(jié)果

針對采用反應譜方法計算所得的地震內(nèi)力，并與恒載內(nèi)力組合，進行了截面抗彎能力的驗算。由于E1地震作用下，樁板接頭以及管樁內(nèi)力和位移均較小，結(jié)構(gòu)顯然處于線彈性狀態(tài)，因此，僅列出E2地震作用下內(nèi)力驗算結(jié)果。

3.1.1 E2地震作用下樁板連接接頭驗算

表6所示為E2縱橋向和橫橋向地震輸入下樁板連接接頭抗剪驗算結(jié)果。

樁板連接接頭抗剪驗算 表6

由表6可知，樁板連接接頭在E2縱橋向和橫橋向地震作用下抗剪驗算滿足要求，安全系數(shù)最小為5.5。

E2地震作用樁板連接接頭偏心受壓承載能力驗算結(jié)果，表7所示為E2縱橋向和橫橋向地震輸入下樁板連接接頭偏心驗算結(jié)果：

樁板連接接頭抗彎驗算（驗算軸力=恒載軸力-地震動軸力） 表7

計算過程中取結(jié)構(gòu)最不利軸力組合，并且分別用Mander模型和雙折線模型定義混凝土和鋼材材料本構(gòu)關(guān)系，求得彎矩-曲率（P-M-Φ）曲線以判斷結(jié)構(gòu)是否進入屈服狀態(tài)。圖2為1#墩樁板接頭在縱向地震作用下初始屈服彎矩計算結(jié)果：

圖2 初始屈服彎矩計算結(jié)果

由表7可知，樁板連接接頭在E2縱橋向和橫橋向地震作用下受力始終處于彈性狀態(tài)，截面彎矩M＜Meq，安全系數(shù)最小為1.1，結(jié)構(gòu)基本無損傷，接頭處未進入塑性狀態(tài)，結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)塑性鉸，無需進行塑性轉(zhuǎn)角變形驗算，滿足抗震計算要求。

3.1.2 E2地震作用下橋墩（PRC管樁）驗算

表8所示為E2縱橋向和橫橋向地震輸入下橋墩（PRC管樁）抗剪驗算結(jié)果。

橋墩（PRC管樁）抗剪驗算 表8

由表8可知，橋墩PRCI-500AB110管樁在E2縱橋向和橫橋向地震作用下抗剪驗算滿足要求，安全系數(shù)最小為6.1。

表9所示為E2縱橋向和橫橋向地震輸入下橋墩（PRC管樁）抗彎驗算結(jié)果。

橋墩（PRC管樁）抗彎驗算 表9

由表9可知，橋墩PRCI-500AB110管樁在E2縱橋向和橫橋向地震作用下受力始終處于彈性狀態(tài)，截面彎矩M＜Meq，安全系數(shù)最小為1.6，結(jié)構(gòu)基本無損傷，橋墩未進入塑性狀態(tài)，結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)塑性鉸，無需進行塑性轉(zhuǎn)角變形驗算，滿足抗震計算要求。

4 地震反應分析結(jié)論

根據(jù)樁板路基的結(jié)構(gòu)特點，建立了空間動力計算模型，應用反應譜分析方法，研究結(jié)構(gòu)在E1、E2地震作用下的地震反應，并對E1、E2地震作用下的抗震性能進行了驗算，樁板連接接頭、橋墩PRC管樁、樁基PHC管樁的抗剪承載力和抗彎承載力均滿足抗震設計要求，結(jié)構(gòu)均處于線彈性工作狀態(tài)，基本無損傷。

合樅高速公路所處地區(qū)設防烈度為7度，在地震作用下結(jié)構(gòu)順橋向響應大于橫橋向響應，在結(jié)構(gòu)目前尺寸及配筋情況下，抗震性能良好，滿足抗震規(guī)范相關(guān)要求。