常规结构桥梁抗震计算分析及延性设计探讨

杜 永 超

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司，辽宁 沈阳 110166)

常规结构桥梁抗震计算分析及延性设计探讨

杜 永 超

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司，辽宁 沈阳 110166)

采用有限元分析软件MIDAS/civil建立常规桥梁全桥空间模型，分别采用不同的抗震设防烈度对下部结构进行计算分析，并对计算结果进行了对比分析，最终得出了一些有意义的结论。

下部结构，抗震计算，反应谱

桥梁抗震能力一直是桥梁建设中的重点，而常规桥梁占据着桥梁规模中的大多数，因此对常规桥梁进行抗震计算分析是很有必要的。本文针对常规的4×20 m连续结构，采用不同的地震烈度等级对墩柱进行强度验算，并对地震动峰值加速度为0.1g和0.15g的地震状况进行E2作用下的延性设计和计算。

1 计算模型说明

本文采用常规的一联4×20 m跨径建立全桥梁格模型，上部结构为先简支后结构连续的预应力混凝土空心板桥。当考虑联端为过渡墩时连续墩受力最不利，故计算模型选用两侧为过渡墩的4跨连续结构，全桥墩高均按20 m计。上部空心板采用C50混凝土，桩柱采用C30混凝土，墩柱采用1.4 m柱径，配32根钢筋，钢筋直径为25 mm。汽车荷载为公路Ⅰ级，结构安全等级为一级。

1.1 有限元模型

采用MIDAS/civil建立全桥有限元空间模型。上部主梁采用梁格法模拟，下部墩柱和盖梁均采用梁单元模拟。并且为了保证设计的安全性和合理性，建模中将两侧的过渡墩也进行了模拟。全桥共2 271个梁单元,见图1。

1.2 作用效应

1.2.1永久作用

1)结构重力：一期、二期恒载；2)预应力；3)混凝土的收缩及徐变作用；4)支座沉降：5 mm不均匀沉降。

1.2.2可变作用

1)汽车荷载；取偏载布置及中间布置两种横向分布，并考虑汽车冲击力及汽车制动力;2)风荷载：百年风速(35.2 m/s)、运营风速(25 m/s)；3)温度作用：整体作用取升温24 ℃，降温-43 ℃，不考虑温度梯度；4)支座摩阻力：静摩阻系数μ=0.06，摩阻力标准值为F=μW，W为作用于活动支座上由上部结构重力产生的效应。

1.2.3地震作用

1)二类常规场地条件；2)特征周期Tg=0.35 s；3)地震动峰值加速度分别取：0.05g,0.10g,0.15g。E1,E2地震作用均按反应谱计算。

1.3 边界条件

1.3.1支座模拟

本桥采用板式橡胶支座，在支座未滑动的前提下，计算支座各项刚度参数如表1所示。

表1 支座刚度计算结果 kN/m

1.3.2桩基础模拟

而对于桩基础，由于其边界为弹性约束，因而一般处理起来比较复杂。本文采用在墩底作用六个方向的弹簧等代桩基的作用，六个弹簧的刚度是竖向刚度、顺桥向和横桥向的抗推刚度、绕竖轴的抗扭刚度和绕两个水平轴的抗弯刚度。桩基础弹性刚度的计算方法与静力计算相同，所不同的是土的抗力取值比静力的大。

2 计算结果分析

2.1 墩柱强度验算

分别计算了持久状况及6个地震设计状况的墩柱内力值。由于次边墩距离全桥温度中心较远，其温度力较中墩偏大，且连续墩较简支墩分配的制动力及竖向力较大，故次边墩为本桥最不利桥墩，其计算结果及纵横向强度验算结果如表2所示。

表2 墩柱(次边墩)内力计算结果

根据计算结果可知，在7度区(地震动峰值加速度为0.10g，0.15g)的地震状况下，永久作用与地震作用效应的组合内力，已超过了墩柱在弹性状态下的承载能力极限，进行延性设计。

2.2 墩柱延性设计

根据强度验算结果，次边墩在地震动峰值加速度取0.1g和0.15g时，E2作用下墩柱内力已超过其承载能力极限，发生弹塑性变形。为提高柱底塑性铰区域的变形能力，增加柱底截面的配箍率，并验算柱顶位移量。根据能力保护构件原则对墩柱进行抗剪验算。其计算结果如表3所示。

表3 墩柱(次边墩)延性计算结果

3 结语

本文利用有限元分析软件MIDAS/civil建立常规预制结构空间计算模型，分别采用不同的抗震设防烈度对下部结构进行计算分析，根据计算结果可得出以下结论：

1)在地震动峰值加速度为0.05g时，E1,E2地震作用下，墩柱强度验算较持久状况更为安全，可不进行延性设计。2)当墩柱需要延性设计时，按抗震细则要求最小体积含箍筋率配置箍筋，墩柱抗剪验算及柱顶位移验算结果满足要求，且有较大富余度。

[1] 邵旭东.桥梁工程[M].第2版.北京:人民交通出版社,2007.

[2] JTG D60—2015,公路桥涵设计通用规范[S].

[3] JTG B02—2013,公路工程抗震设计规范[S].

[4] JTG/T B02—01—2008，公路桥梁抗震设计细则[S].

Seismiccalculationanalysisandductilitydesignofconventionalstructuralbridges

DuYongchao

(LiaoningProvincialTransportationPlanning&DesignInstituteCo.,Ltd,Shenyang110166,China)

In this paper, the finite element analysis software MIDAS/civil is used to establish the full bridge space model of the conventional bridge. The different seismic fortification intensity is used to calculate and analyze the substructure, and the results are compared and analyzed, and finally draws some meaningful conclusions.

substructure, aseismic calculation, response spectrum

2017-10-08

杜永超(1984- )，男，工程师

1009-6825(2017)35-0184-02

U442.55

A