禾丰枢纽抗震分析

吴飞

摘 要：本文以禾丰枢纽互通区D匝道上预应力混凝土现浇箱梁作为桥梁结构抗震分析对象，采用单自由度体系的简化分析方法简化模型，分析桥墩在地震冲击作用下的损伤情况。通过抗震分析，得出以下研究结果：（1）该段桥墩在E2地震作用下不会遭到破坏;（2）桥墩墩底截面纵向钢筋均处于受压状态，墩底截面保持在弹性状态，墩底截面塑形转角近似为0，桥墩变形满足要求。

关键词：混凝土现浇箱梁;单自由度体系;抗震分析

中图分类号：U442.5+9            文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）07-0136-03

桥梁结构在全寿命周期内可能遭受地震冲击，影响桥梁的使用情况。对桥梁结构进行抗震分析，能合理预测桥梁结构的损伤情况。在桥梁结构的延性抗震设计时，一般选取墩柱为抗震单元，通过墩柱的非线性变形消耗地震能量，而其他部件属于能力保护构件。本文以禾丰枢纽互通区D匝道上预应力混凝土现浇箱梁作为桥梁结构抗震分析对象，分析桥墩在地震冲击作用下的损伤情况。

1禾丰枢纽项目概况

禾丰枢纽互通区DK0+568.558 D匝道桥上部结构采用6*20m+4*25m+（25m+33m+31m+25m）+（25m+31m+33m+25m） 预应力混凝土现浇箱梁，下部结构采用柱式墩、桩柱台、桩基础，桥梁全长454米，墩柱最高15.4米。D匝道跨线桥匝道上跨厦蓉高速公路，且桥梁全长和墩高均为禾丰枢纽互通区桥梁之首，抗震计算时选取25m+33m+31m+25m联预应力混凝土现浇箱梁为分析对象。

2模型建立

桥梁结构的延性抗震设计时，一般选取墩柱为抗震单元，通过墩柱的非线性变形消耗地震能量，而其他部件属于能力保护构件，按照规则桥梁的定义（单跨最大跨径≤90m，墩高≤30m，单跨长细比大于2.5且小于10，跨数≤6，跨间最大跨长比≤1.5，轴压比<0.3，跨间桥墩最大刚度比在4跨时不超过4，下部结构为双柱框架墩、地基条件较好），该桥属于规则桥梁，规则桥梁地震反应受一阶振型主导，因此对于规则桥梁的地震反应分析可以采用单自由度体系的简化分析方法。具体建模时四跨主梁质量堆聚在主梁质心处。上部结构一期恒载和二期恒载每延米质量估算为27t/m，箱梁高2米。一联桥梁中固定支座约束的桥墩承担了全部上部结构质量传来的地震力，故模型建立时仅考虑固定支座下桥墩，桥墩采用弹塑性弹性梁柱单元，桥墩和上部结构质量堆聚点采用刚性连接。墩底约束条件为固结。圆形桥墩直径1.5m，as取为45mm，纵向钢筋布置为20032，纵筋HRB400，箍筋HPB300，混凝土C30。计算模型如图1所示，其中墩柱截面钢筋和混凝土纤维划分如图2所示。

3抗震分析

3.1地震动输入

禾丰枢纽属于高速公路上大桥，根据《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01—2008，以下简称《细则》），E2地震作用结构重要性系数Ci=1.7（B类桥），场地系数Cs=1.0，阻尼系数Cd=1.0，E2地震（大震）非线性时程分析所用地震加速度时程曲线的最大值PGA2为：

根据《细则》，应选取三条地震波进行E2地震作用时程分析。此连续梁桥址区对应的场区基本地震烈度为6度，场地土条件为Ⅱ类。选取三条著名的地震波，分别为EL_CENTRO波，TAFT波和TANGS波，其主要信息如下表1，各地震波的时、频曲线如下图3。计算时取三条波的最大值。

3.2桥墩变形验算

E2地震（大震）作用下，按《细则》中7.4.2条验算桥墩潜在塑性铰区域沿顺桥向和横桥向的塑性转动能力：

式中：——在E2地震作用下，潜在塑性铰区域的塑性转角;

——塑性铰区域的最大容许转角，按《细则》中第7.4.3条计算。

根据7.4.3条，塑性铰区域的最大容许转角应根据极限破坏状态的曲率能力，按下式计算：

式中：——截面的等效屈服曲率，圆形截面桥墩按《细则》中附录B计算;

——极限破坏状态的曲率，圆形截面桥墩按《细则》中附录B计算;

K——延性安全系数，取2.0;

——等效塑性铰长度（cm），可取以下两式计算结果的较小值;

H——悬臂墩的高度或塑性铰截面到反弯点的距离（cm）;

b——矩形截面短边尺寸或圆形截面直径（cm）;

——纵向钢筋抗拉强度标准值（MPa）;

——縱向钢筋的直径（cm）;

计算可得。

3.2.1计算

圆形截面的屈服曲率可按下式计算：

式中：——相应于钢筋屈服时的应变;

D——圆形截面的直径（m）;

计算可得，×1.5=2.213×0.002，=0.00295。

3.2.2计算

圆形截面极限曲率（1/m）可分别根据以下两式计算，取小值。

式中：P——截面所受到的轴力（kN），按下表2计算;

——混凝土抗压强度标准值（kN/m2），C30混凝土为20.1MPa;

——混凝土截面面积（m2），为1.60541 m2;

——钢筋极限拉应变，取为0.09;

——约束混凝土的极限压应变，按下式计算

——约束钢筋的体积含筋率;

——箍筋抗拉强度标准值（kN/m2），HPB300钢筋为300MPa;

——约束钢筋的折减极限应变，取0.09;

——约束混凝土的峰值应力（kN/m2），取1.25倍混凝土抗压强度标准值。

经计算，得到。

4结论

本文采用单自由度体系的简化分析方法，简化预应力混凝土现浇箱梁与桥墩之间的连接关系，研究了桥墩在E2地震作用下的损伤情况，研究结果表明：

（1）在本文指定的预应力混凝土现浇箱梁和E2地震条件下，桥墩不会破坏。

（2）桥墩墩底截面纵向钢筋均处于受压状态，墩底截面保持在弹性状态，墩底截面塑形转角近似为0，桥墩变形满足要求。