天津地区一般桥梁抗震设计研究与探讨

2016-11-16冯克岩李连强陈良田赵兴中

城市道桥与防洪 2016年10期

关键词：天津地区箱梁工程量

冯克岩,李连强,陈良田,赵兴中

（天津市政工程设计研究院滨海分院，天津市 300457）

天津地区一般桥梁抗震设计研究与探讨

冯克岩,李连强,陈良田,赵兴中

（天津市政工程设计研究院滨海分院，天津市 300457）

《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01—2008）、《城市桥梁抗震设计规范》（CJJ 166—2011）、《公路工程抗震规范》（JTG B02—2013）等新的桥梁抗震规范相继颁布，一般桥梁的抗震设计与以前又有何不同呢？以天津地区桥梁抗震计算分析为例，对新旧规范桥梁E1阶段抗震设计的不同进行了总结，揭示了天津地区一般桥梁E1阶段抗震设计的基本规律。

两阶段设计；两水准设防；反应谱；延性抗震设计；减隔震设计

0　引言

我国在2008年、2011年、2013年相继颁布了《公路桥梁抗震设计细则》《城市桥梁抗震设计规范》《公路工程抗震规范》等桥梁抗震规范，对桥梁抗震提出了两水平设防、两阶段设计的新要求，虽然原标准JTJ 004—1989已废止，但多年的设计思路和习惯却未见得能及时转变。笔者曾提出一般桥梁E1阶段线弹性抗震设计，E2阶段延性（弹塑性、非线性）抗震设计的思路，并指出桥梁地震水平力较以前成倍提高，但工程量却有限增加的实际。本文通过天津地区一般桥梁的抗震计算分析，示例说明1989规范、2008细则、2011规范等不同规范E1阶段桥梁地震水平力的不同，以及产生的工程量变化，希望能够给广大桥梁设计者提供一个定量的概念，并对今后的桥梁抗震设计工作有所帮助。

1　天津地区E1阶段设计反应谱值比较

以高速公路或者城市快速路规则桥梁为例，结构的阻尼比为0.05，地震基本烈度以及地震动峰值加速度、场地土类型考虑以下四种情况：大港地区，地震基本烈度为7度（0.1 g）,Ⅳ类场地土为主；汉沽和宁河，地震基本烈度为8度（0.2 g）,Ⅳ类场地土;除大港、汉沽和宁河以外地区，地震基本烈度为7度（0.15 g），Ⅲ类、Ⅳ类场地土为主（市区及西部等地区、东丽及塘沽等地区），如图1～图4所示。其中1989规范桥梁为柱高7～10 m排架墩，重要性系数1.7，桥梁的基本周期为0.25～2 s。天津地区E1阶段反应谱值比较表见表1。

图1　大港地区0.1 gⅣ类场地土

图2　汉沽、宁河地区0.2 gⅣ类场地土

经过统计可以看出，天津地区的高速公路、快速路一般桥梁，E1阶段地震水平力新规范与1989规范相比，大港地区增加1.2～1.59倍；市区及西部地区、东丽与塘沽等地区增加最多，分别为1.76～2.32倍和1.79～2.03倍（1989规范7度区的地震系数为0.1，而新规范7度区分为0.1、0.15两挡，现在市区及西部地区的地震系数理论上已经由过去的0.1变更为0.15，仅此一项就已经增大1.5倍了）；汉沽、宁河地区增加最少，只有1.07～1.27倍；当然如果采用群桩基础则上述比值会再增加1.2倍。2011规范与2008细则相比则在0.87～1.16，而且场地土类型越好，其比值则越大。

图3　大港、汉沽、宁河以外地区 0.15 gⅣ类场地土

图4　大港、汉沽、宁河以外地区 0.15 gⅣ类场地土

表1　天津地区E1阶段反应谱值比较表（高速公路、快速路一般桥梁，基本周期0.25～2 s）

2　天津地区E1阶段一般桥梁工程量比较

选取天津地区典型规则公路桥梁作为研究对象，通过不同地震烈度、场地土类型下的抗震计算，比较桥梁E1阶段新旧规范工程量的不同。

2.1示例桥梁的选择

示例桥梁选择较为流行的简支变连续预制小箱梁与现浇连续箱梁两种桥型，具体见表2和图5～图7。

表2　示例桥型参数表　m

图5　3×30预制小箱梁桥中墩布置图

图6　3×30等截面现浇箱梁桥制动墩布置图

图7　53+73+53变截面现浇箱梁桥制动墩横断面图

2.2示例桥梁E1阶段地震水平力分析比较

由表3、表4看出，伴随着新旧规范的更替，天津任意一个地区、同一桥型的桥梁地震水平力都产生了较大幅度的增加。市区、西部地区增大约2.0倍；东丽、塘沽地区增大约3.2倍（该地区原先是Ⅲ类场地土，而现在是Ⅳ类场地土），这里第3类桥型只增大约2.3倍，其主要原因是墩柱、基础刚度较大，结构自振周期在0.4 s左右，小于反应谱特征周期Ⅲ类土的0.65 s和Ⅳ类土的0.9 s，使得该类桥梁地震水平力对Ⅲ、Ⅳ类场地土的差别影响不是特别敏感；宁河、汉沽地区增大1.29～1.48倍。这一规律与前述反应谱值的比较基本一致，统计数据见表5。

表3　天津市部分桥梁中墩（制动墩）E1阶段抗震设计比较表一（0.15 g）

表4　天津市部分桥梁中墩（制动墩）E1阶段抗震设计比较表二（0.2 g）

表5　天津市部分桥型E1阶段地震水平力新旧规范差异统计表（2008细则）

由表5还可以看出，无论新旧规范的变化，天津市桥梁的地震水平力均体现出自西向东不断增大的趋势。按照新规范（2008细则）计算，前两个桥型从市区、西部地区至东丽、塘沽地区至宁河、汉沽三类地区的地震水平力增加幅度分别为2.0倍、3.25倍、1.39倍，只是第3类桥型从市区、西部地区到东丽、塘沽地区的增加幅度只有1.09倍（原因可见上面的分析）。

2.3示例桥梁E1阶段工程量分析

2.3.13×30 m简支变连续小箱梁桥

从表6可知，3×30 m简支变连续小箱梁桥（群桩基础、矩形墩柱），在新规范的E1阶段和旧规范抗震验算下的墩柱及桩基均为构造配筋，只是在设计桩长上略有差别。在第一类地区，桩长仍然由过去的正常使用阶段控制，长度不变；在第二、三类地区，桩长已由从前的正常使用阶段控制变为地震力组合控制，中墩桩长分别增加约4.3%、6.0%，桩基混凝土分别增加约18.1 m3、54.3 m3，折算到每平方米桥梁的增量分别为0.016 m3、0.047 m3。

表6　3×30 m简支变连续小箱梁桥E1阶段下部结构（基础）工程量统计表一（2008细则）

2.3.23×30 m等截面现浇连续箱梁桥

从表7可知，3×30m等截面现浇连续箱梁桥（群桩基础、制动墩），在新规范E1阶段和旧规范抗震验算下，除桩基均为构造配筋外，桩长及制动墩配筋率均有较大的增加。在第一、二类地区，桩长已由从前的正常使用阶段控制变为地震力组合控制，制动墩桩长分别增加约11.4%、27.3%，墩柱单侧配筋率由0.2%（构造配筋）分别变为0.51%、1.03%；在第三类地区，桩长仍旧由地震力组合控制，但桩长需要增加约8.8%，墩柱单侧配筋率由1.0%增加到1.5%。对于第一、二、三类地区，桩基混凝土分别增加53.0 m3、127.2 m3、53.0 m3，折算到每平方米桥梁的增量分别为0.046 m3、0.109 m3、0.046 m3。制动墩钢筋增加分别为1 317.42 kg、3 293.55 kg、1 097.46 kg，折算到每平方米桥梁的增量分别为0.046 kg、0.109 kg、0.046 kg。

2.3.353 m+73 m+53 m变截面现浇连续箱梁桥

从表8可知，53 m+73 m+53 m变截面现浇连续箱梁桥，在新规范E1阶段和旧规范抗震验算下，在第一、二类地区，桩基配筋率仍为构造配筋，第三类地区的桩基配筋率由构造配筋变为0.95%配筋率。三类地区的桩长、制动墩配筋率均有较大的增加，桩长仍旧由地震力组合控制，制动墩桩长分别增加约12.8%、14.9%、13.2%，前两类地区的墩柱单侧配筋率由0.2%（构造配筋）分别变为0.36%、0.42%，第三类地区的墩柱单侧配筋率由0.36%增加到0.7%。对于第一、二、三类地区，桩基混凝土分别增加158.96 m3、185.46 m3、185.46 m3，折算到每平方米桥梁的增量分别为0.068 m3、0.080 m3、0.080 m3。制动墩钢筋增加分别为4 600.48kg、5 367.23 kg、6 227.05 kg，折算到每平方米桥梁的增量分别为1.977 kg、2.301 kg、2.676 kg。