柱式墩抗震设计分析

肖雅斐

中国十七冶集体有限公司北京工程设计分公司，北京 102218

1 项目概况

某枢纽互通匝道桥位于曲线半径为250m的平曲线上，上部桥宽19.35m，采用30.5m预应力混凝土简支小箱梁，4孔为一联，桥面连续，梁高1.7m。下部采用柱式墩、桩基础。盖梁宽为19.42m，柱间距为6.9m，1～3号墩墩高依次为41m、41m、42m，墩径为2m，桩径为2.2m，系梁为1.4×1.8m。桩基位于卵石土层。桥梁立面图如图1所示。

图1 30.5m预应力混凝土小箱梁立面图（单位：cm）

2 计算过程

采用Midas Civil 软件建立全桥模型。采用梁单元建立模型。全桥计算模型如图2所示，墩柱序号从左到右依次为0～4号墩，计算1～3号墩。

图2 全桥计算模型

该桥所在场地类型为Ⅱ类，桥梁抗震设防按B类，基本地震峰值加速度为0.15g，抗震设防烈度为Ⅶ度，该桥按多重Ritz向量法计算，X、Y方向设计加速度反应谱。墩柱主筋为72根直径为28mm的HRB400钢筋，主筋配筋形式如图3所示。荷载考虑上部恒载自重、预应力重及二期铺装重量。

图3 桥墩主筋截面

3 地震作用内力图

E2地震作用下最大内力位置与E1地震作用下相同。经计算可得，E1、E2地震作用下顺桥向最大弯矩和最大剪力均位于1号墩位。E1地震作用下顺桥向最大弯矩为2896.3kN·m，横桥向最大弯矩为2091.1kN·m；顺桥向最大剪力为151.9kN，横桥向最大剪力为395.5kN。E2地震作用下顺桥向最大弯矩为9847.3kN·m，横桥向最大弯矩为7109.8kN·m；顺桥向最大剪力为516.4kN，横桥向最大剪力为1344.6kN。

4 下部结构动力验算

4.1 E1抗震验算

在E1地震作用下，进行桥墩强度验算，验算结果如表1所示。由于篇幅原因，只提供1号墩第1根墩柱的计算结果，后面表格同样只提供1号墩第1根墩柱的计算结果。由计算结果可得在E1地震作用下，1～3号墩柱均在弹性范围内工作，满足承载力要求。

表1 桥墩强度验算结果

4.2 抗震验算

（1）桥墩强度验算。在E2地震作用下，进行桥墩强度验算，验算结果如表2所示。由计算结果可知，在E2地震作用下，1～3号墩柱墩底均不满足承载力要求，说明1～3号墩墩底已进入塑性变形阶段，需根据弯矩曲率曲线对桥墩刚度进行折减，采用超强弯矩计算其塑性变形阶段的剪力，然后进行E2塑性验算，主要验算墩底抗剪强度和塑性铰的转动能力。

表2 桥墩强度验算结果

（2）桥墩塑性铰抗剪强度验算。E2地震作用下，进行桥墩塑性铰抗剪强度验算，验算结果如表3所示。由计算结果可知，E2地震作用下桥墩塑性铰抗剪强度满足规范要求。

表3 桥墩塑性铰抗剪强度验算结果

（3）桥墩墩顶位移验算。E2地震作用下，进行桥墩墩顶位移验算，验算结果如表4所示。由计算结果可知，E2地震作用下墩顶的位移均不大于桥墩容许位移，满足规范要求。

表4 桥墩墩顶位移验算表

5 结论

由以上计算结果可知，该桥1～3号墩在E1地震作用下，各墩柱均在弹性范围内工作，满足横、顺桥向弹性抗弯要求；在E2地震作用下，各墩柱墩顶均在弹性范围内工作，墩底进入塑性阶段工作，塑性铰抗剪强度和墩顶位移均满足规范要求，故该桥墩柱抗震验算满足规范要求。