大跨徑長聯(lián)軌道交通工程連續(xù)梁橋抗震設(shè)計(jì)

岳章勝，蔣海軍，王利偉，張魯明

（青島市政工程設(shè)計(jì)研究院，山東 青島 266101）

大跨徑長聯(lián)軌道交通工程連續(xù)梁橋抗震設(shè)計(jì)

岳章勝，蔣海軍，王利偉，張魯明

（青島市政工程設(shè)計(jì)研究院，山東 青島 266101）

采用反應(yīng)譜法對大跨徑長聯(lián)軌道交通工程連續(xù)梁橋進(jìn)行了E1和E3地震下的縱、橫向的地震反應(yīng)分析，并根據(jù)規(guī)范進(jìn)行了驗(yàn)算。計(jì)算結(jié)果表明：對只設(shè)置一個制動墩的大跨徑長聯(lián)連續(xù)梁，在不設(shè)置粘滯阻尼器但考慮活動墩摩阻力的情況下，E1地震彈性狀態(tài)和E3地震塑性狀態(tài)下的抗震能力驗(yàn)算均可滿足規(guī)范要求。

大跨徑長聯(lián)；抗震分析；制動墩；反應(yīng)譜

1　工程概述

青島市紅島—膠南城際軌道交通工程 （R3線）位于青島市黃島區(qū)，包括經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、靈山衛(wèi)影視文化產(chǎn)業(yè)區(qū)、新區(qū)中心區(qū)、古鎮(zhèn)口創(chuàng)新示范園、董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)五個片區(qū)。工程起于黃島區(qū)嘉陵江路站，依次沿嘉陵江路——井岡山路——濱海大道——泰山路——上海路——濱海大道——貢北路及產(chǎn)業(yè)一路敷設(shè)，終于董家口火車站，并預(yù)留延伸至日照條件。R3線路全長70.14 km，其中地下線18.32 km，高架線49.28 km，地面線2.54 km。橋梁在跨越風(fēng)河河道處，設(shè)置一聯(lián)46 m+65 m+ 65 m+46 m=222 m的雙線懸澆連續(xù)箱梁。梁體采用單箱單室變高度箱形截面，中支點(diǎn)截面梁高4.0 m，合攏段梁高2.2 m。箱梁頂寬9.84 m，底寬5.84 m，懸臂長2 m。箱梁采用直腹板，腹板厚50～75 cm，支座采用CGQZ球鋼支座。采用獨(dú)柱橋墩，中墩采用2.8 m×4 m的圓端形墩，承臺尺寸為8.6 m（橫橋向）×8.6 m（縱橋向）×3.0 m（高），承臺底采用9根直徑1.2 m樁基，橫橋向3排，順橋向3排，樁間距均為3.2 m；邊墩采用2.7 m×3 m的圓端形墩，承臺尺寸為6.0 m（縱向）×8.0 m（橫向）×2.5 m（高），承臺底采用6根直徑1.2m樁基，橫橋向3排，樁間距2.9 m，順橋向2排，樁間距3.8m。墩高均為10.5 m，僅設(shè)置一個中墩為制動墩，其余橋墩均為縱向活動墩，樁基嵌入中風(fēng)化花崗巖不小于2.5 m。

2　計(jì)算模型及主要參數(shù)

依據(jù)山東省地震工程研究院編制的《青島市西海岸城際軌道交通工程場地地震安全性評價(jià)報(bào)告》，工程場地50 a超越63%概率地震峰值加速度為29 cm/s2，50 a超越10%概率地震峰值加速度為85 cm/s2，50 a超越2%概率地震峰值加速度為165 cm/s2，地震動放大系數(shù)為2.7，特征周期為0.4 s。承臺底0～5 m深地基土主要為粉質(zhì)粘土，5～9.6 m深地基土為粗礫砂；9.6～25.2 m深地基土為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖；25.2 m以下為中等風(fēng)化安山巖。

本橋抗震設(shè)防類別屬于重點(diǎn)設(shè)防類，根據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》可采用反應(yīng)譜法進(jìn)行E1地震作用下的抗震驗(yàn)算，采用彈塑性反應(yīng)譜法進(jìn)行E3地震作用下的抗震驗(yàn)算，并滿足相關(guān)構(gòu)造和抗震措施要求。本文按照規(guī)范要求進(jìn)行E1和E3地震作用下多振型反應(yīng)譜分析。建模采用MIDAS/Civil軟件，上部結(jié)構(gòu)采用單梁模型，下部結(jié)構(gòu)采用空間桿系模型，樁與土的相互作用采用土彈簧進(jìn)行模擬，彈簧剛度計(jì)算參照《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10002.5-2005）進(jìn)行，并考慮了2.5的動力放大系數(shù)［1］。

3　計(jì)算圖式

該橋的動力特性分析采用空間結(jié)構(gòu)計(jì)算圖式，由于截面為箱型，故采用單主梁模型，橋墩按實(shí)際尺寸模擬，本橋需進(jìn)行E1和E3地震作用下的抗震驗(yàn)算，見圖1、圖2。

圖1　全橋模型

圖2　E1地震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜

3.1墩梁約束模擬

抗震計(jì)算模型考慮上下部的共同剛度，支座和橋墩剛度串聯(lián)計(jì)算。由于E1地震力較小，偏安全不考慮活動墩的支座摩阻力影響，支座活動方向釋放約束，盆式支座固定方向剛度可視為無限大，取DX=DY=DZ=10 000 000 kN/m。由于E3地震力大，對不設(shè)置粘滯阻尼器的長聯(lián)大跨徑連續(xù)梁橋應(yīng)需慮活動墩支座摩阻力的影響，活動支座采用雙折線彈性連接模擬。

3.2樁基約束模擬

橋梁抗震分析模型考慮樁土的共同作用，樁土的共同作用采用等代土彈簧模擬，等代土彈簧的剛度采用表征土介質(zhì)彈性值的m參數(shù)來計(jì)算。

式中：a為土層厚度；b為該土層在垂直于計(jì)算模型所在平面的方向上的寬度；z為土層深度；m為土層水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)，m動=2.5 m靜。

4　 E1地震作用下的驗(yàn)算

根據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50909-2014），E1地震作用下結(jié)構(gòu)處于彈性受力狀態(tài)，在橋墩、蓋梁、承臺、樁基滿足主力、主力+附加力荷載工況受力要求的前提下，進(jìn)行主力+特（地震荷載）荷載工況下的驗(yàn)算，各構(gòu)件受力驗(yàn)算均滿足規(guī)范要求，見圖3、圖4和表1。

圖3　E1順橋向地震力

圖4　E1橫橋向地震力

表1　橋墩驗(yàn)算結(jié)果

5　 E3地震作用下的彈塑性位移驗(yàn)算

E3地震作用下，由于地震峰值加速度大，地震引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力也大，結(jié)構(gòu)一般進(jìn)入塑性狀態(tài)，如果按照彈性狀態(tài)來進(jìn)行E3地震作用下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)尺寸太大，不經(jīng)濟(jì)，也不美觀。采用反應(yīng)譜法并考慮活動墩支座摩阻力計(jì)算得到E3地震作用下制動墩底順橋向彎矩為112 844 kN·m，橫橋向彎矩為126 430 kN·m。依據(jù)橋墩約束混凝土、非約束混凝土及鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，可得到恒載軸力作用下的橋墩的M-φ曲線［2］，見圖5、圖6和表2。

圖5　E3順橋向地震力

圖6　E3橫橋向地震力

表2　橋墩彎矩-曲率曲線計(jì)算結(jié)果

由于E3地震結(jié)構(gòu)下制動墩的縱橋向及橫橋內(nèi)力分別大于橋墩的縱橋向及橫橋內(nèi)力等效屈服彎矩，故在E3地震下橋墩均已屈服，需對橋墩進(jìn)行剛度修正后驗(yàn)算墩頂位移，見表3。

同時根據(jù)規(guī)范對橋墩抗剪、蓋梁、樁基、承臺等能力保護(hù)構(gòu)件驗(yàn)算，均滿足規(guī)范要求［3］，見表4。

表3　E3地震作用下墩頂塑性位移驗(yàn)算

表4　橋墩抗剪能力驗(yàn)算

6　結(jié)論

本文通過對跨越風(fēng)河的一聯(lián)46 m+65 m+65m+ 46 m=222 m變截面連續(xù)梁軌道交通工程橋梁進(jìn)行E1和E3地震反應(yīng)譜分析，計(jì)算結(jié)果表明，在E1地震下，橋墩處于彈性狀態(tài)，達(dá)到小震不壞的設(shè)防要求；在E3地震下，由于地震峰值加速度大，橋墩屈服，進(jìn)入塑性狀態(tài)，但墩頂塑性位移及能力保護(hù)構(gòu)件承載能力均能滿足規(guī)范要求，滿足大震不倒的設(shè)防要求。

［1］范立礎(chǔ).橋梁抗震［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1996.

［2］GB50909-2014，城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］GB50157-2013，地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

U442.5+5

B

1009-7716（2016）06-0129-03

2016-02-23

岳章勝（1981-），男，湖北孝感人，工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)工作。