连续梁桥抗震设计

郁莉莉 南通市市政工程设计院有限责任公司

1 前言

2008 年的汶川大地震，让我们意识到桥梁设计人在抗震设计上的不足。为减轻结构的地震破坏，避免人员伤亡，减少经济损失，建设部制定了《城市桥梁抗震设计规范》。规范采用两水准设防、两阶段设计的抗震设计思想，为桥梁结构抗震理论和方法提供了指导依据，明确要求加强抗震设计。

2 桥梁概况

本桥位于某城市快速路上，跨度布置为两联2m×30m。上部结构采用预应力混凝土连续箱梁，梁高1.8m，主梁采用单向四室结构。梁宽26.1m，桥梁横断面为整幅式，双向六车道布置，中央设隔离墩。下部结构采用矩形桥墩，桥墩采用（1.8m×1.8m）断面，交接墩处设置盖梁。基础采用桩基接承台基础，每个承台下设6根桩径1.5m的灌注桩，桩长均为50m。

3 计算参数选用

3.1 抗震设防分类和设防标准

查《城市桥梁抗震设计规范》第三章，该桥抗震设防分类为乙类，E1 地震作用震后立即使用，结构总体反应在弹性范围，基本无损伤；E2 地震作用后经抢修可恢复使用，永久性修复后恢复正常运营功能，有限损伤。该城市的基本裂度为7度，设计地震分组为第二组，据地勘资料，此项目场地类别为Ⅲ类，特征周期为0.55s，由于等效剪切波速值（平均值162.7m/s）处于场地类别的分界线附近，故按插值方法确定拟建场地设计特征周期为0.66s。

3.2 地震调整系数取值

表1 地震调整系数Ci

3.3 计算水平向设计加速度反应谱值

Smax=2.25A，代入数值，得到E1 阶段，Smax=0.14g；E2 阶段，Smax=0.5g。

图1 E1地震作用下水平向设计加速度反应谱

图2 E2地震作用下水平向设计加速度反应谱

4 地震作用计算

利用有限元计算软件midas civil 建立模型，并以《城市桥梁抗震设计规范》为标准进行验算。图3 为计算模型图，节点数量599个，单元数量542个，边界条件数量30个。

图3 计算模型图

表2 E1作用下桥墩强度验算表

4.1 E1地震作用下桥墩强度验算

E1 地震作用下，桥墩处于弹性阶段，主要验算桥墩的抗压、抗弯强度。表2是按偏心受压构件进行验算的结果。

4.2 E2地震作用下桥墩强度验算

在E2 地震作用下，首先判断桥墩是否进入塑性状态。表3是假定桥墩在E2地震作用下还处于弹性阶段的验算结果。

计算结果表明，桥墩已经进入了塑性状态。当桥墩进入塑性状态时，应验算桥墩墩顶的位移、塑性铰抗剪强度。

4.3 E2地震作用下桥墩墩顶位移的计算

E2地震作用下墩顶位移的计算方法，《城市桥梁抗震设计规范》共给出了三种，第一种是考虑弹塑性效应，按弹性方法计算出的地震位移乘以考虑弹塑性效应的地震位移修正系数，简称修正系数法；第二种是在塑性铰区插入能反应结构弹塑性动力行为的单元后再计算，简称塑性铰法；第三种是考虑延性构件截面开裂，进行刚度折减后再计算，简称等效刚度法。本文采用等效刚度法，计算墩顶的位移。

4.3.1 等效刚度法

截面的等效屈服曲率φy 和等效屈服弯矩My 通过把实际的弯矩-曲率曲线等效为理想弹塑性弯矩-曲率来求得。通过Ec·Ieff=My/φy计算出刚度折减系数，结果列入表5、6。

表4 顺桥向刚度折减系数

表5 横桥向刚度折减系数

4.3.2 E2地震作用下桥墩墩顶位移的验算

顺桥向的容许位移按下式计算

横桥向的容许位移采用非线性静力分析方法（pushover）进行分析，在盖梁处施加水平力F，当墩柱的任一塑性铰区控制截面达到最大容许曲率时，盖梁处的横向水平位移即为容许位移。

图4 双柱墩pushover计算模式

建立Pushover 模型，迭代40 步，得到每一步的轴力、剪力及曲率，查询相邻两步桥墩剪力之和相差在10%以内的步数，得到横桥向超强弯矩和剪力设计值（见表6）。

最大容许曲率为极限曲率除以安全系数，安全系数取2。

表7 墩顶位移验算

4.4 E2地震作用下桥墩塑性铰抗剪强度验算

桥墩塑性铰区域沿顺桥向和横桥向的斜截面抗剪强度应

表6 pushover轴力迭代结果

表8 斜截面抗剪强度验算

5 结束语

地震造成的灾害是毁灭性的，桥梁的破坏不仅会导致的交通中断，影响人们的正常生活，而且还严重影响震后救灾工作。为了保障桥梁设施的完好，道路的畅通，桥梁设计人员要重视对桥梁的抗震设计。规范给出的等效刚度法思路清晰、计算效率高，对整个延性构件都进行了刚度折减，适用于实际工程的桥梁抗震设计。