8度区某景观高架桥体系比选分析

2018-06-11李晓龙

山西建筑 2018年13期

李晓龙

(北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京　100082)

0　引言

丽泽路改扩建工程道路全长约2 km。丽泽路贯穿丽泽商务区，是一条重要的东西向城市快速路，对高架桥的景观效果要求极高。丽泽路高架桥与地下空间为一体化建设，桥梁基础穿过地下空间结构，上部结构采用鱼腹式箱梁，下部结构采用花瓶墩。上部结构梁宽27.2 m，见图1。

丽泽路桥梁概况见表1。

表1　丽泽路桥梁概况

1　计算模型

采用反应谱法及时程法计算桥梁结构抗震响应。软件采用midas civil，见图2。

2　墩高6 m～8 m钢箱梁(45 m+50 m+45 m)体系计算

2.1　支座体系

E1纵向地震作用下，中墩墩底轴力8 700 kN，弯矩21 748 kN·m，构造配筋；剪力2 700 kN，构造配筋即可。E1横向地震作用下，中墩墩底轴力6 000 kN，弯矩13 100 kN·m，构造配筋即可；E2纵向地震作用下，中墩墩底轴力8 100 kN，弯矩94 557 kN·m，墩柱进入塑性；E2横向地震作用下，中墩墩底轴力14 410 kN(拉力)，弯矩32 556 kN·m，墩柱进入塑性。

E2作用下，墩柱横纵向均处于塑性，将墩柱配筋代入模型，进行PUSHOVER分析。纵向PUSHOVER墩底弯矩为51 964 kN·m，延性墩柱沿顺桥向剪力设计值为6 300 kN<墩柱承载力；墩柱在屈服过程中，桩基的最不利内力为：弯矩3 200 kN·m，轴力6 000 kN(拉)，桩基需配筋49φ28；剪力设计值为2 100 kN<桩基剪力承载力。横向PUSHOVER墩底弯矩为27 666 kN·m，延性墩柱沿顺桥向剪力设计值为13 100 kN<墩柱承载力；墩柱在屈服过程中，桩基的最不利内力为：弯矩4 600 kN·m，轴力7 000 kN(拉)，桩基配筋50φ32；剪力设计值为2 600 kN<桩基剪力承载力。

综上，墩高6 m～8 m钢箱梁桥可以采用支座体系。

2.2　墩梁固结体系

E1纵向地震作用下，中墩墩底轴力8 250 kN，弯矩12 684 kN·m，构造配筋。E1横向地震作用下，中墩墩底轴力4 000 kN，弯矩9 800 kN·m，构造配筋即可。E2纵向地震作用下，中墩墩底轴力6 000 kN，弯矩53 499 kN·m，墩柱进入塑性。E2横向地震作用下，中墩墩底轴力14 170 kN(拉力)，弯矩37 669 kN·m，墩柱进入塑性。

纵向PUSHOVER墩底弯矩为52 636 kN·m，延性墩柱沿顺桥向剪力设计值为:8 m墩为7 541 kN，6 m墩为15 969 kN，接近墩柱的极限承载力；墩柱在屈服过程中，矮墩(6 m墩)桩基的最不利内力为：弯矩8 300 kN·m，轴力10 000 kN(拉)，桩基配筋78φ32，需按两排布置；剪力设计值为5 315 kN，接近桩基剪力的极限承载力。横向PUSHOVER墩底弯矩为27 666 kN·m，延性墩柱沿顺桥向剪力设计值为15 968 kN，接近2.5×2.5截面的墩柱最大极限承载力；墩柱在屈服过程中，桩基的最不利内力为：弯矩6 100 kN·m，轴力8 600 kN(拉)，桩基配筋62φ32；剪力设计值为3 267 kN<桩基剪力承载力。

3　墩高11 m混凝土箱梁体系计算

3.1　支座体系

E1纵向地震作用下，中墩墩底轴力12 100 kN，弯矩35 674 kN·m。E1横向地震作用下，中墩墩底轴力5 922 kN，弯矩13 879 kN·m。E2纵向地震作用下，中墩墩底轴力14 396 kN，弯矩155 107 kN·m，墩柱进入塑性。E2横向地震作用下，中墩墩底轴力26 030 kN(拉力)，弯矩56 412 kN·m，墩柱进入塑性。E2作用下，墩柱横纵向均处于塑性，将墩柱配筋代入模型，进行PUSHOVER分析。

纵向PUSHOVER墩底弯矩为59 208 kN·m，延性墩柱沿顺桥向剪力设计值为5 048 kN<墩柱承载力；墩柱在屈服过程中，桩基的最不利内力为：弯矩3 072 kN·m，轴力4 192 kN(拉)，桩基配筋48φ25，钢筋间距12 cm；剪力设计值为1 648 kN<桩基剪力承载力。

横向PUSHOVER墩底弯矩为29 769 kN·m，延性墩柱沿顺桥向剪力设计值为6 400 kN<墩柱承载力；墩柱在屈服过程中，桩基的最不利内力为：弯矩3 591 kN·m，轴力5 102 kN(拉)，桩基配筋47φ28，钢筋间距13 cm；剪力设计值为2 138 kN<桩基剪力承载力。

综上，墩高11 m混凝土箱梁桥可以采用支座体系。

3.2　墩梁固结体系

E1纵向地震作用下，中墩墩底轴力14 020 kN，弯矩21 239 kN·m，构造配筋即可。E1横向地震作用下，中墩墩底轴力5 500 kN，弯矩13 877 kN·m。E2纵向地震作用下，中墩墩底轴力11 885 kN，弯矩88 462 kN·m，墩柱进入塑性。E2横向地震作用下，中墩墩底轴力25 865 kN(拉力)，弯矩56 577 kN·m，墩柱进入塑性。

E2作用下，墩柱横纵向均处于塑性，将墩柱配筋代入模型，进行PUSHOVER分析。纵向PUSHOVER墩底弯矩为60 739 kN·m，延性墩柱沿顺桥向剪力设计值为10 427 kN<墩柱承载力；墩柱在屈服过程中，桩基的最不利内力为：弯矩4 693 kN·m，轴力6 600 kN(拉)，桩基配筋61φ28剪力设计值为3 480 kN<桩基剪力承载力。

横向PUSHOVER墩底弯矩为29 010 kN·m，延性墩柱沿顺桥向剪力设计值为6 400 kN<墩柱承载力；墩柱在屈服过程中，桩基的最不利内力为：弯矩3 356 kN·m，轴力5 248 kN(拉)，桩基配筋46φ28，钢筋间距13 cm；剪力设计值为2 033 kN<桩基剪力承载力。

综上，墩高11 m混凝土箱梁桥可以采用墩梁固结体系。

4　墩高25 m钢箱梁墩梁固结体系

E1纵向地震作用下，中墩墩底轴力12 100 kN，弯矩14 900 kN·m，构造配筋即可。E1横向地震作用下，中墩墩底轴力6 100 kN，弯矩12 249 kN·m，构造配筋即可。E2纵向地震作用下，中墩墩底轴力11 319 kN，弯矩65 621 kN·m，墩柱进入塑性。E2横向地震作用下，中墩墩底轴力20 829 kN(拉力)，弯矩52 320 kN·m，墩柱进入塑性。

E2作用下，墩柱横纵向均处于塑性，将墩柱配筋代入模型，进行PUSHOVER分析。纵向PUSHOVER墩底弯矩为57 232 kN·m，延性墩柱沿顺桥向剪力设计值为3 979 kN<墩柱承载力；墩柱在屈服过程中，桩基的最不利内力为：弯矩2 741 kN·m，轴力3 782 kN(拉)，桩基配筋43φ25，钢筋间距14 cm；剪力设计值为1 328 kN<桩基剪力承载力。横向PUSHOVER墩底弯矩为30 710 kN·m，延性墩柱沿顺桥向剪力设计值为3 200 kN<墩柱承载力；墩柱在屈服过程中，桩基的最不利内力为：弯矩1 866 kN·m，轴力6 100 kN(拉)，桩基配筋42φ28，钢筋间距14.3 cm；剪力设计值为1 215 kN<桩基剪力承载力。

5　墩高5 m混凝土箱梁墩梁体系

5.1　支座体系

E2纵向地震作用下，中墩墩底轴力14 429 kN，弯矩96 891 kN·m，墩柱进入塑性；剪力19 437 kN。E2横向地震作用下，中墩墩底轴力320 kN，弯矩39 571 kN·m，墩柱进入塑性；剪力14 571 kN。E2作用下，墩柱横纵向均处于塑性，将墩柱配筋代入模型，进行PUSHOVER分析。纵向PUSHOVER墩底弯矩为58 829 kN·m，延性墩柱沿顺桥向剪力设计值为11 351 kN<墩柱承载力。

墩柱在屈服过程中，桩基的最不利内力为：弯矩5 056 kN·m，轴力7 609 kN(拉)，桩基配筋56φ32，钢筋间距10.7 cm；剪力设计值为3 779 kN<桩基剪力承载力。横向PUSHOVER墩底弯矩为34 798 kN·m，延性墩柱沿横桥向剪力设计值为16 531 kN，接近2.5 m×2.5 m的墩柱断面的极限抗剪承载力；墩柱在屈服过程中，桩基的最不利内力为：弯矩10 039 kN·m，轴力11 098 kN(拉)，桩基配筋92φ32，两圈钢筋，接近断面的极限承载力；剪力设计值为5 115 kN。

为了满足抗震要求，墩柱和桩基的剪力较大，接近截面所能承受的最大荷载；桩基配筋较多。

5.2　墩梁固结体系

E2纵向地震作用下，中墩墩底轴力14 508 kN，弯矩93 520 kN·m，墩柱进入塑性。E2横向地震作用下，中墩墩底轴力2 912 kN(拉力)，弯矩37 068 kN·m，墩柱进入塑性。E2作用下，墩柱横纵向均处于塑性，将墩柱配筋代入模型，进行PUSHOVER分析。纵向PUSHOVER墩底弯矩为59 204 kN·m，延性墩柱沿横桥向剪力设计值为22 776 kN；墩柱在屈服过程中，桩基的最不利内力为：弯矩12 400 kN·m，轴力13 680 kN(拉)；剪力设计值为7 600 kN。桩基承载力不足。横向PUSHOVER墩底弯矩为37 346 kN·m，延性墩柱沿横桥向剪力设计值为：屈服墩为12 479 kN，未屈服墩为33 843 kN，剪力设计值>结构承载力；墩柱在屈服过程中，桩基的最不利内力为：弯矩18 403 kN·m，轴力18 244 kN(拉)，结构承载力不够；剪力设计值为8 933 kN>桩基剪力承载力。

5.3　采用抗震支座

用非弹性铰模拟摩擦摆抗震支座，用时程分析模拟地震作用。墩柱沿顺桥向弯矩8 860 kN·m，剪力设计值为2 281 kN，小于墩柱承载力；桩基沿顺桥向弯矩1 273 kN·m，剪力设计值为780 kN，小于桩基剪力承载力。墩柱沿横桥向弯矩18 743 kN·m，剪力设计值为6 500 kN，小于墩柱承载力；桩基沿横桥向弯矩12 757 kN·m，剪力设计值为570 kN，小于桩基剪力承载力。由此可见，采用摩擦摆抗震支座可以有效地减隔震，减小下部结构的响应。