互通立交典型匝道桥抗震分析方法

何延松

（辽宁省交通规划设计院 沈阳市 110166）

互通立交典型匝道桥抗震分析方法

何延松

（辽宁省交通规划设计院 沈阳市 110166）

以某互通立交匝道桥的抗震分析为例，详细介绍了匝道桥的抗震分析方法，可以为设计人员提供参考。

互通立交；匝道桥；抗震分析

互通立交匝道桥受特殊地形的限制，常常处于小半径曲线上，不同的地震输入方向，桥墩的受力也不一样，在地震作用下其受力较复杂，如何正确对其进行计算分析至关重要。本文以某座匝道桥为例，探讨该类型桥梁的计算方法。

1　桥梁概况

1.1桥梁设计概况

本互通立交为部分苜蓿叶方案（见图1）。共六条匝道，半径从60～80m不等，考虑到六条匝道的上、下部结构形式相同，墩高分布相差不大，桥梁圆心角及半径相差不大，一联桥梁为3×20m或4× 20m等因素，本文选择两联4×20m的D匝道桥为研究对象。匝道桥上部结构形式为钢筋混凝土现浇箱梁，典型主梁截面见图2；下部结构采用花瓶墩及桩基础，构造示意图见图3。

1.2地震相关参数

1.2.1反应谱

根据GB18306-2001《中国地震动参数区划图》确定沿线地震动峰值加速度为0.20g，地震基本烈度Ⅷ度，并按《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）确定了桥址场地的地震动特性，提供了在不同超越概率下对应的地震动参数和设计反应谱。

工程场地阻尼比0.05的水平设计加速度反应谱由下式确定：

式中：Smax为水平设计加速度反应谱最大值；Tg为特征周期（单位s）；T为结构自振周期（单位s）。水平设计加速度反应谱最大值Smax通过以下公式确定：

式中：Ci为抗震重要性系数；Cs为场地系数；Cd为阻尼调整系数；A为水平向基本设计地震动加速度峰值。工程场地地表设计地震动参数见表1。

表1　工程场地地表设计地震动参数

图4是E1地震作用和E2地震作用下地震响应系数曲线。其中E1、E2地震作用下反应谱曲线是在50年超越概率10%反应谱曲线的基础上分别考虑结构重要性系数0.43、1.3得到。地震输入采用两种工况：纵向；横向。并取前500阶，振型组合按CQC法，方向组合按SRSS法。

1.2.2加速度时程曲线

图5～图7所示的为50年超越概率10%工程场地地表地震加速度时程曲线，采用其进行非线性地震时程分析。

计算E1、E2地震作用下的地震响应，取该设防水平下相应的3条地震动时程曲线分别输入所得计算结果的最大值。计算时分别考虑纵向、横向两种工况。

2　动力计算模型及动力特性分析

2.1线性动力模型

采用空间有限元程序，建立匝道桥的动力空间计算模型。主梁、墩柱均采用空间梁单元。承台模拟为质点，赋予承台质量，并与墩底和桩基顶部节点形成主从连接。桥墩处的桩基础采用土弹簧模型加以模拟。二期恒载等效为线质量均匀施加主梁上。模型中各部分约束条件详见表2，匝道桥计算模型见图8。

表2　线性模型边界及连接条件

2.2非线性动力模型

在线性动力模型基础上建立其非线性动力模型，主要考虑了活动支座纵向滑动摩擦效应。活动支座纵桥向的摩擦效应可以近似采用理想弹塑性连接单元进行模拟，其典型恢复力模型如图9所示。

图中屈服力Fy（即滑动起始摩擦力）取支座恒载轴压力N乘以动摩擦系数，动摩擦系数对所有滑动摩擦支座均取0.02，即：Fy=N×0.02；初始刚度K为屈服力Fy与屈服位移δy（即滑动起始静位移，取δy=0.002m）之比：K=Fy/δy=N×0.02/0.002 =10×N（kN/m）。

2.3匝道桥结构动力特性分析

根据建立的匝道桥动力计算模型，进行结构动力特性分析，列出匝道桥部分振型周期及频率和振型特征。表3为匝道桥计算模型主桥的前10阶振型、频率及振型特征。

表3　计算模型基本动力特性

3　最不利输入方向确定

根据《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）6.3.5条：进行曲线梁桥梁地震反应分析时，可分别沿向量两桥墩连线方向和垂直于连线水平方向进行对方向地震输入，以确定最不利地震水平输入方向。

以两联（桥墩编号D0～D8）为研究对象，分别以D0-D1、D1-D2、D2-D3、D3-D4、D4-D5、D5-D6、D6-D7和D7-D8（以下分别即为角度1～角度8）共计八个桥墩连线方向及其垂直方向进行地震输入，研究顺桥向地震输入下固定墩墩柱和横桥向输入下各桥墩墩柱的地震反应情况，以确定最不利地震水平输入。根据计算结果，分别得到顺桥向地震输入下固定墩墩底截面以及横桥向输入下各桥墩墩底截面的地震反应随地震输入方向不同的变化趋势，如图10～图11所示。

从图10～图11中可以看出，以D5-D6桥墩连线及其垂直线方向（角度6）分别为顺桥向及横桥向地震动输入方向，在顺桥向地震输入下D6固定墩地震响应相对最大，在横桥向地震输入下各桥墩地震响应相对最大。因此，报告以D5-D6桥墩连线及其垂直线方向（角度6）分别为顺桥向及横桥向地震动输入方向。

4　结语

匝道桥半径较小，不同的地震输入方向其受力差别较大，在对该类型桥梁进行抗震计算时，一定要比较不同地震方向结构受力的大小，取最不利内力进行抗震设计，这样才能保证结构的安全。

［1］ 中华人民共和国交通运输部.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.

［2］范立础，等.大跨度桥梁抗震设计［M］.北京：人民交通出版社.

［3］于建华，等.高等结构动力学［M］.四川：四川大学出版社.

Seismic Analysis Method for Typical Interchange Ramp Bridge

HE Yan-song
（Liaoning Provincial Transportation Planning and Design Institute，Shenyang 110166，China）

Taking seismic analysis on an interchange ramp bridge as an example，seismic analysis method for ramp bridge is introduced in detail，thus providing reference for design personnel.

Interchange；Ramp bridge；Seismic analysis

U442.5+5

B

1673-6052（2016）03-0004-04

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.03.002