鞍山市万水河北路判甲炉桥抗震复核验算

王培杰

（沈阳市市政工程设计研究院，辽宁沈阳110015）

1 工程概述

鞍山市万水河北路判甲炉支流桥建于2004年，桥梁位于河北路与南沙河判甲炉支流相交处。结构为7跨30 m预应力混凝土T梁简支桥，桥面宽度15.75 m，横断面组成为：3.375 m（栏杆+人行道）+9 m（机动车道）+3.375 m（栏杆+人行道）。下部结构桥台采用肋板式桥台，桥墩采用桩柱结构。该桥建成后两端连接道路迟迟未修通，导致该桥一直未投入正式使用，后由于道路规划加宽，建设单位决定对其进行改造变成单向行驶的一幅桥，在其下游修另一幅桥。该桥的具体改造措施为拆除东侧人行道，在对应边梁位置处设置防撞墙。改造后该桥的机动车道由2车道改为3车道，桥面横断面相应变为：3.375 m（栏杆+人行道）+11.375 m（机动车道）+1 m（防撞墙及边石）。因此对改造后桥梁重新进行结构抗震复核验算。

2 验算过程

鞍山市万水河北路判甲炉支流桥计算采用Midas Civil 2011软件，计算时采用梁格法对该桥整体进行模拟，T梁之间采用横隔梁连接，二期恒载采用均布力的方式加在T梁上，计算采用中交04规范，涉及地震反应谱取值均按《公路抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）取值，该桥上下部结构均为钢筋混凝土现浇构件，支座均采用GJZ400×400×69板式橡胶支座。

2.1 主要材料及其参数

2.1.1 混凝土：C30

（1）混凝土抗压弹性模量：E=3.0×104MPa；

（2）混凝土抗弯弹性模量：E=3.0×104MPa；

（3）混凝土抗剪弹性模量：G=1.2×104MPa；

（4）混凝土的抗压设计强度：fcd＝13.8 MPa；

（5）混凝土容重：25 klN/m2。

2.1.2 普通钢筋

2.1.2.1 Ⅰ级钢筋

（1）钢筋弹性模量：Eg＝2.1×105MPa；

（2）钢筋的抗拉设计强度：fsd＝195 MPa。

2.1.2.2 Ⅱ级钢筋

（1）钢筋弹性模量：Eg＝2.0×105MPa；

（2）钢筋的抗拉设计强度：fsd＝280 MPa。

2.2 场地稳定性分

（1）场地内无活动断裂构造通过，粗砂、砾砂层不液化，无不良地质作用，场地稳定属于建筑抗震一般地段，适宜建桥。

（2）场地地震效应：场地的地震基本烈度为7度，场地土类型为中硬土，场地类别为II类，设计地震分组为第一组，水平向设计基本地震加速度峰值为0.10 g，特征周期为0.35 s。

2.3 主要规范及依据

（1）《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）（交通部）；

（2）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）（交通部）；

（3）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTD63-2007）（交通部）；

（4）《 公 路 桥 梁 抗 震 设 计 细 则 》（JTG/T B02-01-2008）（交通部）；

（5）《河北路南沙河判甲炉支流桥梁工程岩土勘察报告》（东北岩土工程勘察总公司）。

2.4 抗震计算结果

2.4.1 计算模型

计算软件采用Midas Civil 2011软件。计算时采用梁格法对该桥整体进行模拟，T梁之间采用横隔梁连接，二期恒载采用均布力的方式加在T梁上，计算采用中交04规范，涉及地震反应谱取值均按《公路抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）取值，该桥上下部结构均为钢筋混凝土现浇构件，支座均采用GJZ400×400×69板式橡胶,支座刚度为SDx=1662351 kN/m,SDY=3918 kN/m,SDZ=3918 kN/m,具体模型见图1、图2所示。

图1 梁格法模型

图2 梁格法模型坐标系方向示意图

模型中单元坐标方向规定为顺桥向为X轴，正交横桥向为Y轴，桥墩盖梁与X轴偏角60°。

图3、图4分别为反应谱数据E1和E2的图示。

图3 按规范添加反应谱数据E1图示

图4 按规范添加反应谱数据E2图示

2.4.2 地震力计算结果

2.4.2.1 E1地震力作用

经过Midas Civil 2011对模型进行计算分析，在提取计算结果时不仅考虑了正常情况下墩底在X,Y方向上方的地震效应，同时由于该桥是斜桥且斜角角度较大，也计算了桥墩斜向角度（60°）的地震力作用效应。结果如下：

X方向墩底的最大的地震效应Mx=281 kN·m（见图5）。

图5 X方向地震效应图示

Y方向墩底的最大的地震效应My=398 kN·m（见图6）。

图6 Y方向地震效应图示

Y方向偏角60°墩底的最大的地震效应Mz=472 kN·m（见图7）。

图7 Y方向偏角60°地震效应图示

2.4.2.2 E2地震力作用

经过Midas Civil 2011对模型进行计算分析，在提取计算结果时不仅考虑了正常情况下墩底在X,Y方向上方的地震效应，同时由于该桥是斜桥且斜角角度较大，也计算了桥墩斜向角度（60°）的地震力作用效应。结果如下：

X方向墩底的最大的地震效应Mx=828 kN·m（见图8）。

图8 X方向地震效应图示

Y方向墩底的最大的地震效应My=1169 kN·m（见图9）。

Y方向偏角60°墩底的最大的地震效应Mz=1391 kN·m（见图10）。

2.4.3 结构抵抗能力验算

采用桥梁博士V3.3软件对桥墩截面进行截面验算，手动组合内力，由程序验算结构的抗力是否满足。

在下部结构计算结果中提出结构重力产生的桥墩墩底轴力为2790 kN，剪力88 kN，E2地震力导致的最大弯矩1391 kN·m。桥墩截面为直径1.4 m的圆形截面，采用C30混凝土，内部配置28根直径22 mm钢筋。经过桥梁博士V3.3软件对桥墩截面进行截面验算，结构为偏心受压构件：截面受力性质为下拉偏压，内力描述:Nj=2.79e+03（kN）,Qj=106（kN）,Mj=1.39e+03（kN·m）。

截面抗力:NR=2.95e+03（kN）≥ Nj=2.79e+03（kN）(满足)。

截面抗力验算结果满足使用要求。

2.4.4 支座验算

依据《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）需对板式橡胶支座进行抗震验算，结果如下。

2.4.4.1 支座厚度验算

式中：Σt——橡胶层总厚度，mm，该桥支座取49mm；

tanγ——橡胶片剪切角正切值，取tanγ=1.0；

X0——E2地震作用效应和永久作用效应组合后橡胶支座顶面相对于底面的水平位移，mm，经计算X方向，X0=11.5mm；Y方向，Y0=16.4 mm。

由上式可知，支座厚度验算满足规范要求。

2.4.4.2 支座抗滑稳定性验算

式中：μd——支座的动摩阻系数；橡胶支座与混凝土表面的动摩阻系数采用0.15，与钢板的动摩阻系数采用0.10，该桥取0.15；

Rb——上部结构重力在支座上产生的反力，kN，该桥 Rb=561 kN；

Ehzb——E2地震作用效应和永久作用效应组合后橡胶支座的水平地震力，kN，该桥Ehzb=30.16 kN.

由上式可知，支座抗滑稳定性验算满足规范要求。