装配式桥梁地震作用分析与设计

张奇伟

(河南省交通规划勘察设计院有限责任公司,河南郑州　450000)

装配式桥梁地震作用分析与设计

张奇伟

(河南省交通规划勘察设计院有限责任公司,河南郑州450000)

装配式先简支后连续结构由于施工工艺和经济方面的显著优势在各级公路桥梁中广泛应用。对地震烈度VI度以上地区,由于受力的复杂性使得下部结构设计往往局限于桥梁个体,缺少系统的设计成果。选取装配式简支变连续组合箱梁桥进行地震作用分析,针对不同的柱高研究下部结构地震作用规律并用于结构设计,为同类桥梁结构抗震设计提供借鉴。

装配式桥梁地震作用结构设计

1　概述

近年来随着公路交通事业的快速发展，国内建桥数量越来越多，其中中等跨径的桥梁数量最大。与现浇连续箱梁相比，装配式先简支后连续结构由于具有工厂化生产的特点，下部结构和上部预制梁可安排平行作业施工，施工工艺成熟简单，不需大型起吊设备，建桥施工工期短，便于控制工程质量和进度;同时结构安全可靠，工程造价经济合理，并保证了行车的舒适性，因此装配式桥梁在各等级公路上得到广泛应用。

2　工程概况

某一级公路建设项目位于VII度区丘陵地带，场地地震动峰值加速度0.10g。为提高行车的平稳性、舒适性，同时为保证施工工期，大桥上部结构采用装配式先简支后连续组合箱梁，下部结构采用柱式墩。对30m跨径装配式简支变连续组合箱梁桥进行地震作用分析与下部结构设计，选取半幅15.5m宽桥梁分析，上部横向采用5片小箱梁，下部为双柱墩。

表1　工况结构构造尺寸表

表3　E2地震作用内力与检算结果(工况一)

3　计算分析

3.1计算模型

为研究下部结构受力特点，选取四种典型柱高，按四种工况分别进行地震作用分析。四种工况对应的结构构造尺寸见表1。

表4　E2地震作用内力与检算结果(工况二、三、四)

表5　下部结构配筋设计表

表2　E1地震作用下结构内力与检算结果

对(3×30)m装配式简支变连续组合箱梁桥采用M IDAS进行地震作用分析。上下部结构采用梁单元建模，建立弹性连接模拟板式橡胶支座，桩土共同工作采用弹性支撑模拟。

3.2计算参数

工程项目桥梁抗震设防类别为B类，位于VII度区，场地水平地震动峰值加速度0.10g。由于反应谱法计算可靠，操作简单，可以帮助设计人员迅速把握结构的动力特性和响应值，是现今设计人员广泛采用的方法，因此本项目地震作用分析采用反应谱方法。

3.3分析结果

根据E1地震作用分析与检算结果，各工况下部结构均处于弹性状态，采用常规配筋率结构承载力即满足要求并有足够富余。E1地震作用相应的结构内力与检算结果见表2。

E2地震作用下，各工况结构存在明显差异。对于5m柱高的工况一，E2地震作用下结构基本处于弹性状态，采用相同配筋结构承载力满足要求，相应的内力与检算结果见表3。

工况二、三、四在E2地震作用下立柱均出现塑性变形，需对立柱进行延性设计，通过弯矩曲率曲线计算立柱有效截面抗弯刚度，并对下部结构抗剪等按照能力保护构件设计。桩基内力与承载力检算结果见表4。

3.4配筋设计

根据E1和E2地震作用分析检算结果进行下部结构配筋设计。立柱和桩基受力主筋由承载力检算结果控制，塑性铰区箍筋依据能力保护构件进行设计，箍筋采用双根直径10mm的光圆螺旋筋按照10cm间距并置设计，并对下部结构的最小配箍率进行检算。

通过对检算结果归纳分析，以四种工况对应的柱高为参照指标进行下部结构配筋设计，相应设计成果见表5。

3.5小结

对于确定的外部场地条件，结构地震作用水平力大小由结构的质量和刚度决定。以上四种工况上部结构质量相同，随着立柱高度从5m到35m递增，工况结构对应的水平刚度由大到小递减，水平剪力变化趋势相同。但由于体现力臂大小的柱高对地震弯矩的权重更大，地震引起的下部结构弯矩随着立柱高度的增加呈递增趋势，工况四相应的地震弯矩最大，相应的配筋绝对数量最多。工况一柱高较矮，E2地震作用下立柱仍保持弹性状态;随着立柱高度增大，工况二、三、四立柱在E2地震作用下均出现塑性铰，且塑性变形越来越大。

4　结语

选取VII度区一级公路上的30m跨径装配式简支变连续组合箱梁桥，按照不同的立柱高度分四种工况进行地震作用分析，研究下部结构设计规律。对上部结构相同的桥梁，下部结构主筋设计与立柱高度正相关，设计时可针对相同柱径的最高桥梁进行地震作用分析，分区间进行下部设计，在保证结构安全的前提下，可大大节省设计工作量。文章提出了下部结构地震作用分析计算的思路和方法，供大家参考借鉴，限于篇幅，能力保护构件设计等方面的内容在此不做展开。

[1]范立础.桥梁延性抗震设计[S]. 北京:人民交通出版社,2001.

[2]中交路桥技术有限公司.JTG B02—201 3公路工程抗震规范[S].北京:人民交通出版社,2013.

[3] 重庆交通科研设计院.JTG/T B02-01-2008公路桥梁抗震设计细则[S].北京:人民交通出版社,2008.

[4]中交公路规划设计院.JTG D62—2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京:人民交通出版社,2004.