某板式橡胶支座高架桥抗震计算分析

郭曙光

(沈阳市市政工程设计研究院有限公司 沈阳市 110015)

板式橡胶支座在梁桥中应用广泛，支座通常设置在墩台垫石之上，上部结构直接搁置在支座之上，一般支座与墩梁间无连接措施，而在桥墩盖梁、桥台台帽两侧设置钢筋混凝土挡块以限制梁体横向位移。选择典型板式橡胶支座梁桥为研究对象，建立Midas Civil模型，对该桥进行抗震分析，探讨板式橡胶支座抗震分析时的承载性能、稳定性能。

1 工程概况

该工程位于哈尔滨市道外区，本工程利用原二环部分原有高架桥，拆除部分东直路立交、先锋路立交和公滨路立交及相应部分桥梁引道，形成完善的东二环高架体系。主桥工程起点东直路，终点公滨路立交桥北侧下桥处，全长6606m，先锋路北段主桥标准断面为0.5m(防撞栏)+16.6m(机动车道)+0.5m(防撞栏)=17.6m(全宽)，双向四车道；先锋路南段主桥标准断面为0.5m(防撞栏)+24.6m(机动车道)+0.5m(防撞栏)=25.6m(全宽)，双向六车道。高架桥主桥设计行车时速为每小时60km。高架桥拟采用预应力简支转连续小箱梁、钢梁等多种结构型式。选取主线4×28m预应力简支转连续小混凝土结构为研究对象，桥宽37.1m，平均墩高6m，PS89-PS92盖梁下有3个桥墩，PS93盖梁下有2个桥墩。

根据工程地勘资料文件可知，本桥的抗震设防烈度为7度。设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组，设计特征周期值为0.45s，阻尼比0.05。按照《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 166-2011)的相关规定，此桥梁为规则桥梁。抗震设防分类为乙类，抗震设防烈度为7度，抗震构造措施取8度。采用A类抗震设计方法进行抗震验算。

2 计算模型

本计算取高架桥4×28m预应力简支转连续小混凝土结构为设计对象，桥宽37.1m，桥墩采用圆柱墩，平均墩高6m，支座采用板式橡胶支座，支座类型为GYZ350，用Midas Civil建立梁单元模型。

表1 板式橡胶支座参数表

结构荷载为结构恒载及地震力作用。模型中桥梁结构恒载转化为质量。计算模型如图1所示。

3 计算分析

根据《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 166-2011)的相关规定，此桥梁为规则桥梁。抗震设防分类为乙类，抗震设防烈度为7度。采用A类抗震设计方法进行抗震验算。抗震构造措施按地震基本烈度8度选取。根据地震类别、场地条件、桥梁结构类型等条件计算得出水平设计加速度反应谱最大值Smax=2.25Aη2=2.25×2.2×0.1g×1.32=0.653g，设计加速度峰值PGA=Smax/2.25=0.29g。

3.1 E1抗震验算

根据《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 166-2011)第7.2.1条规定，E1地震作用下，应按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362-2018)《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63-2007)规定验算桥墩。

E1地震作用下的反应谱曲线如图2。

E1地震作用下墩底反力如表2。

表2 桥墩底部内力表

桥墩主筋采用单排直径32mmHRB400钢筋，箍筋采用6肢直径12mmHRB400钢筋，采用静力验算，E1地震作用下的桥墩抗震验算满足相关《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362-2018)要求。

3.2 E2抗震验算

根据《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 166-2011)第7.2.1条相关规定要求，E2地震作用下，需要验算桥墩墩顶位移、桥墩斜截面抗剪、支座及其连接构件、盖梁承台及基础的强度验算。

E2地震作用下的反应谱曲线如图3。

E2地震作用下墩底反力如表3。

表3 桥墩底部内力表

桥墩顺桥向、横桥向M-Ø曲线见图4和图5，由此判定桥墩仍处于弹性阶段，未进入塑性。

3.2.1桥墩墩顶位移验算

E2地震作用下，桥墩墩底仍处于弹性阶段，未进入塑性，根据《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 166-2011)规定，墩顶位移不作验算。

3.2.2桥墩抗剪验算

因为《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 166-2011)未明确说明桥墩未进入塑性的抗剪计算方法，故根据《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 166-2011)第7.4.2条，对桥墩进行斜截面抗剪验算。

(1)桥墩顺桥向抗剪验算

顺桥向配置了6肢间距为10cm直径12mmHRB400钢筋，从Midas计算模型中提取E2地震作用下顺桥向地震作用下的桥墩墩底内力为：N=10834kN，F=2023kN。

根据《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 166-2011)式7.4.2-1验算：

Vc0=φ(Vc+Vs)

Vc0=2023kN

φ(Vc+Vs)=6781kN

故桥墩纵桥向斜截面抗剪满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362-2018)要求。

(2)桥墩横桥向抗剪验算

顺桥向配置了6肢间距为10cm直径12mmHRB400钢筋，从Midas计算模型中提取E2地震作用下顺桥向地震作用下的桥墩墩底内力为：N=10834kN，F=2023kN。

根据《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 166-2011)式7.4.2-1验算：

Vc0=φ(Vc+Vs)

Vc0=2129kN

φ(Vc+Vs)=6781kN

故桥墩横桥向斜截面抗剪满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362-2018)要求。

3.2.3板式橡胶支座验算

(1)支座厚度验算

E2地震作用下，板式橡胶支座厚度验算按照《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 166-2011)第7.4.5条规定验算：

XB=XD+XH+0.5XT

支座厚度验算结果见表4。

(2)支座抗滑稳定性验算

E2地震作用下，板式橡胶支座抗滑稳定性验算按照《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 166-2011)第7.4.5条规定验算：

μdRb≥Ehzh

Ehzh=Ehze+Ehzd+0.5Ehzt

表4 支座厚度验算结果

支座抗滑稳定验算结果见表5。

表5 支座抗滑稳定性验算结果

4 结语

计算结果表明，本联结构在E1地震作用下，桥梁结构满足抗震要求，E2地震作用下，桥梁墩柱抗剪、承台、桩基础验算满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362-2018)要求，支座厚度、抗滑稳定性不满足《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 166-2011)要求。由此可见，需调整板式橡胶支座型号由GYZ350变为GYZ450，需设置桥梁横向限位装置，限制桥梁上部小箱梁横向移动。

板式橡胶支座一般与桥墩和梁体之间无连接措施，支座厚度较薄，变位角小，地震作用下，板式橡胶支座梁桥容易发生支座变位、滑移，产生过大的墩梁相对位移，导致主梁移位、伸缩缝处相邻梁体间的碰撞、挡块破坏以及落梁等方面桥体破坏。所以采用板式橡胶支座桥梁需设置较强的桥梁的限位装置，限制梁体的横向移动，防止挡块破坏、落梁等病害发生。