城市匝道桥延性抗震设计分析

徐伟

摘 要：当前，我国城市匝道桥建设数量逐渐增多。为了保证匝道桥的应用安全，需要进行抗震设计，尽可能提高其在地震情况下的安全表现，避免出现坍塌问题。抗震设计在桥梁建设过程中处于较为关键的步骤之一，如果没有进行抗震设计，便有可能导致桥梁在极端条件下出现坍塌问题，不利于保障人民群众的生命安全。延性抗震设计属于一种较为常见的处理方法，其能够显著增强结构的稳定性，保护构件不发生脆性损坏问题。本文结合相关工程案例，深入分析延性抗震的设计策略，为以后的工程提供重要参考。

关键词：城市匝道;延性抗震;设计策略

中图分类号：U442.55 文献标识码：A

0 引言

在抗震设计类型中，延性抗震方案属于较为常用的策略之一。在应用这一技术策略进行建设的过程中，应当利用符合标准的延性构件进行施工，并确保其能够发挥优秀的屈服性能。通过将其转变为塑性铵，可以削弱其刚度表现，实现增加桥梁通行寿命的目标效果。通过这种方式进行设计，能够大幅提高桥梁在地震情况下的延性，从而降低震动带来的不良损害，有利于保障通行人员的安全。通过选择桥墩顶部与底部作为潜在塑性铰研究对象，能够有效提高设计效果，达到良好的抗震目标。这主要是由于能够实现这一效果的主要原因是由于匝道类桥梁下方的基础结构转变幅度较低，使刚度区域均匀化。在这种情况下，桥面的宽度能够以较窄的状态进行施工，可以提高整体延性标准。

1 案例工程概况

本文所选取的案例工程为某城市的匝道桥梁，其长度为980.246 m。通过取其中一联作为研究对象，开展延性抗震的计算与分析。此联基础跨径为57 m，上部区域结构利用现浇混凝土作为连续箱梁，箱梁本身为单箱双室结构，宽度为19.2 m，梁高为1.5 m。此匝道桥的下部区域需要利用花瓶墩进行规划，并将其选择为独柱式。通过应用面积为3×1.6 m的截面布置方式，可以使其直径达到1.5 m，提高整体建设效果，桥体布置如图1所示。

2 建立基础模型

本桥需要达到的抗震级别应当保持在7级烈度左右，同时还需要使桥体在地震情况下出现的加速度不超过0.15 G。在建设过程中，应当选择二类场地标准进行施工，并在地震动反应周期内保持为0.45 s的反应时间。桥梁需要符合的抗震标准为乙，除此之外的加速度反应谱拟合数据应当如表1所示进行规划。设计人员可以利用科学软件平台，对桥梁进行模型规划，并针对内部单元实施模拟。通过这种方式，分析上下区域结构应有的设计[1]。在二期恒载设计的过程中，还应当采用质量附加的方案进行操作，确保其能够与上半区域的主梁进行结合。设置支座方向的过程中，还需要利用坐标数据开展研究。针对桥体与土质的相互作用，应当通过土弹簧的模式进行分析。正常条件下，城市桥梁仅模拟水平地震情况即可达到良好的建模效果。同时，计算模型内部还应当输入周边连接结构与边界状态产生的主要影响。处理边界条件时，则需要将模型内的前后联结构作为标准，使模拟分析能够覆盖相关内容，如图2所示。

3 计算流程与结果数据分析

本工程桥梁需要按照双重水准进行抗震设计，其分为E1与E2两个主要类型。在E1地震级别下，结构需要保持在基础弹性范围内，并达到无损伤的标准。在震后进行适当的抢修，即可重新恢复应用。在E2的标准条件框架下，桥梁遇地震情况应当尽可能降低损伤范圍，确保底部区域能够产生塑性铰，避免进一步扩大的问题发生。通过采取紧急抢修措施，应当恢复部分通行效果。若采取完整修复措施，则需要达到标准运行状态。通过结合P22型号的墩体开展延性抗震设计分析，此类墩体截面需要利用HRB400钢筋进行建设，主要钢筋的直径设计应当符合25 mm，同时在横向与纵向应用科学化的钢筋布置，确保其能够达到良好的设计目标，如30根与16根即可。箍筋需要保持16 mm直径，并将相互之间保持的距离设置为100 mm，横纵向设置10、6肢即可。

3.1 E1地震下产生的主要作用

在E1地震的情况下，桥体结构需要保持基础弹性状态。同时，E1作用下的桥墩界面抗弯与抗剪性能需要大于设计的相关标准，尽可能保证结构的稳定性。

3.2 E2地震下产生的主要作用

在分析截面曲率延性的过程中，应当重视塑性铰本身截面的弯矩情况，并重视相关曲率的分析内容。研究人员可以通过计算机软件进行分析，研究截面在恒载条件下产生的X轴环绕单元损害状态。同时包括弯矩与曲率曲线，如图3所示。若E2条件框架下仍然具有弹性，未出现刚度削弱，便可以计算地震力度，并利用软件分析墩底的界面强度级别。若弯矩低于等效屈服条件，则应当认定其出现屈服，需要进行下一步分析与计算[2]。

3.2.1 桥墩位移

通过将模型内部的纵向桥等效塑性铰长度的相关截面特征按照抗弯的刚度削减情况开展操作，实现有效更正后，便可以再次开始进行研究，达到良好的桥墩位移验算效果。在E2地震作用下，若纵向位移高于墩顶位移，便可以认定其满足基础标准。

3.2.2 桥墩塑性饺抗剪

延性抗震设计过程中，能力保护构件设计属于较为关键的部分之一。针对这一部分开展荷载分析的过程中，应当带入实际条件中存在的状态进行研究。同时，为了实现延性设计效果，还需要将各个区域的抗剪能力作为基础保护构件标准。通过采取内部力学设计方式，能够有效降低出现脆性损害的概率，达到良好的设计目标。在这一过程中，应当结合抗弯超强系数考虑，通过明确截面区域应当利用的配筋条件，可以明确强度级别，并结合恒载情况，分析需要达到的受弯标准。如果墩体的塑性铰纵向与横向能够达到良好的抗剪效果，并低于本体的抗剪强度，便可以认为其满足抗震的基础需求。

3.2.3 支座

本次桥梁工程采用对应的制作进行基础规划，类型为盆式。这一结构能够在E2条件框架下，针对固定水平力进行超强弯矩的深入研究。同时，盆式类型可以按照竖向水平承载20%的情况进行计算，而制动墩区域的竖向承载能力约为5 000 kN。结合分析计算能够发现，通过保持设计制作的限位条件，能够发挥良好的作用，提高抗震效果。

3.2.4 桩基

与上一部分类似，E2条件框架下，应当按照截面内部的塑性铰超强弯矩进行深入分析，保证纵横桥向的设计弯矩能够低于截面的抗弯需求，达到抗震设计的目标。

4 结论

根据以上内容能够明确，在条件框架为E2的情况下，如果墩体底部发生了屈曲的问题，其本体抗剪、支座与基础模块能够达到保护作用。这一过程的内力设计数值需要基于桥墩塑性铰截面的超强弯矩进行计算，因此在针对桥墩底部进行静力设计的过程中，不应预留过多的富余，防止增加超强弯矩的级别。同时，针对桥梁的塑性铰区域设计应当确保其能够加装充足的配筋，使其抗剪需求能够得到有效满足，降低出现脆性损害的概率。在验算支座产生的水平方向力度时，应当在出现问题的条件下，规划限位设计模块，使其能够实现抵抗水平方向力的目标，实现良好的抗震设计效果。

5 结束语

综上所述，城市匝道桥的抗震设计可以采用延性抗震的方案进行制定。通过这种方式，能够显著降低桥梁遭遇强烈地震时出现坍塌的概率，确保其在震后可以通过紧急抢修重新投入应用，实现良好的设计与运营目标。

参考文献：

[1]朱俭锋.城市高架桥抗震体系适用性探讨[J].上海建设科技，2019，232（02）：23-27.

[2]柏槐.桥梁延性抗震设计方法研究进展[J].福建质量管理，2019（07）：99.