大桥抗震分析报告.doc

大桥抗震分析报告 大桥抗震分析报告大桥抗震分析报告 大桥抗震分析报告 目目 录录 一 工程概况一 工程概况 1 1 二 设计规范和标准二 设计规范和标准 3 3 三 三 设防标准 性能目标及计算方法设防标准 性能目标及计算方法 3 3 六 地震作用参数六 地震作用参数 4 4 七 桥墩顺桥向抗震计算七 桥墩顺桥向抗震计算 错误 未定义书签 八 桥墩横桥向水平地震力及抗震验算八 桥墩横桥向水平地震力及抗震验算 2424 九 结论九 结论 3636 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 1 一 工程概况一 工程概况 某路 XX 大桥为两联等截面连续梁 每联为四跨 4 40m 总桥面宽为 33 5m 由左右 两半幅桥面组成 每半幅桥的上部结构均由 5 片预应力混凝土小箱梁组成 见图 1 2 下部 结构采用等截面矩形空心薄壁墩 直径 1 5m 为桩基础 桥跨的总体布置见图 1 1 台墩墩墩墩墩墩墩台 第1联 第2联 图 1 1 XX 大桥立面示意图 图 1 2 上部结构断面图 图 1 3 下部结构构造图 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 2 联间墩设GYZ450X99型圆形板式支座 每片梁下为两个支座 联端为活动盆式支座 桥 上二期恒载 含桥面铺装 栏杆 防撞墙和上水管等 为21 7kN m 主梁为C50混凝土 盖梁 和桥墩为C35混凝土 桩基础为C25混凝土 主梁混凝土的容重取26 kN m3 其它的容重取25 kN m3 混凝土的其它参数均按现行 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 取值 见表1 1 表 1 1 计算参数取值 混凝土弹模 107kPa 弹簧刚度 kN m 主梁盖梁桥墩承台桩一个支座弹簧 3 233 153 153 152 802688 基础土对桩基础对的约束作用采用弹簧模拟 弹簧的刚度用 m 法计算 查 公路桥涵地 基与基础设计规范 JTG D63 2007 静力计算时土的 m 值取 10000kN m4 动力计算时处取 m动 2 m 20000 kN m4 桩径 d 1 5m 桩形状换算系数 kf 0 9 桩的计算宽度 b0 1 0 0 9 1 5 1 2 25m 建立有限元模型 桩基划分为单元长 1m 在每个节点设水平节 点弹性支承 弹簧刚度 K 1 2 25 20000 Z 4500Z kN m 式中 Z 为设置弹簧处距地面的距离 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 3 二 设计规范和标准二 设计规范和标准 1 设计规范 1 城市桥梁设计准则 CJJ 11 93 2 城市桥梁设计荷载标准 CJJ 77 98 3 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2004 4 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 5 公路桥涵地基与基础设计规范 JTG D63 2007 6 公路桥梁抗震设计细则 JTG T B02 01 2008 2 设计标准 1 立交等级 城市枢纽型互通式立交 道路等级 城市 I 级主干道 2 设计荷载 城 A 级 公路 I 级 3 设计基准期 100 年 4 设计安全等级 二级 结构重要性系数 1 0 5 抗震设防烈度 8 度 设计地震加速度峰值 0 20g 6 场地类别为 II 类场地 特征周期 0 40s 三 三 设防标准 性能目标设防标准 性能目标及计算方法及计算方法 根据 公路桥梁抗震设计细则 JTG T B02 01 2008 以下简称 抗震细则 的规定 进行本工程的抗震设计和计算 1 设防标准 本桥为城市I 级主干道上的中小桥梁 抗震设防类别为B 类 必须进行E1 地震作用和E2 地震作用下的抗震设计 还必须按为9 级进行抗震设防措施设计 2 性能目标 本桥 E1 地震作用和E2 地震作用对应的抗震重要性系数分别为0 43 和 1 3 对应的设计地 震重现期大约分别为75 年和 1000 年 E1 地震作用下抗震设防目标是结构一般不受损伤或不需修复可继续使用 E2 作用下的抗震设防目标是应保证不致倒塌或产生严重结构损伤 经临时加固后可供维持 应急交通使用 3 计算方法 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 4 本工程采用 两水准设防 两阶段设计 方法进行设计计算 第一阶段采用弹性抗震设计 即在E1 地震作用下要求结构保持弹性 按规范规定验算构件 强度 采用反应谱方法计算 第二阶段采用延性抗震设计方法 即对应E2 地震作用时 保证结构具有足够的延性能力大 于延性需求 由于桥梁非规则采用非线性时程方法计算结构的非线性地震反应 并通过引入能 力保护原则 确保塑性铰只在选定的位置出现 且不出现剪切破坏等破坏模式 表表 3 13 1 某路某路 XXXX 大桥抗震设防水准和抗震性能目标大桥抗震设防水准和抗震性能目标 设防水准抗震性能目标计算方法 地震重现期 75 年 E1 水准 桥墩桥墩 不受损坏或不需修复可继续使用 盖梁盖梁 保持弹性 桩基桩基 保持弹性 支座支座 保持正常工作状态 反应谱法 地震重现期 1000 年 E2 水准 桥墩桥墩 保证不致倒塌或产生严重结构损伤 经临时加固后可供维持应 急交通使用 盖梁盖梁 基本保持弹性 不作为耗能构件 保护层不剥落 桩基桩基 基本保持弹性 不作为耗能构件 保护层不剥落 支座支座 基本保持正常工作状态 非线性时程分 析法 四 动力分析模型及自振特性分析四 动力分析模型及自振特性分析 结构系统无阻尼自由振动的频率和相应振型 以下简称自振特性 是结构体系的重要动力特 征 同时它对于求解结构的动力反应也具有十分重要的意义 分析和认识桥梁墩的动力特性是 进行地震反应分析和抗震设计的基础 桥墩的自振特性分析的目的就是求出桥墩的自振周期和 相应的振型 1 动力分析模型 全桥共划分 1079 个单元 996 个节点 主梁及桥墩采用空间梁单元模拟 地基土对桩基 础的约束作用及联间橡胶支座用弹簧来模拟 其中 0 8 台及 4 墩为活动支座约束 计算模 型见图 4 1 图 4 3 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 5 图 4 1 动力计算模型 图 4 2 3 6 号墩处模型局部放大图 i 主梁端部断面示意图 ii 主梁中部断面示意图 图 4 3 主梁断面示意图 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 6 2 全桥自振特性分析 部分自振周期及相应振型描述列于表4 1 振型示于图4 4 图4 13 表 4 1 自振周期及其相应振型描述 振 型自振周期 s 振型描述 第一振型2 39第一联 1 2 及 3 墩柱 顺桥向弯曲振动 第二振型2 07第二联 5 6 及 7 墩柱 顺桥向弯曲振动 第三振型0 93第一联横桥向扭转振动 第四振型0 83第三联横桥向扭转振动 第五振型0 81第二联 3 4 及 5 墩柱 横桥向弯曲振动 第六振型0 74第一联顺桥向弯曲振动 第七振型0 70第三联顺桥向弯曲振动 第八振型0 65第二联横桥向弯扭振动 第九振型0 635 墩及相邻桥面的顺桥向弯曲振动 第十振型0 604 墩及相邻桥面的顺桥向弯曲振动 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 7 图 4 4 第 1 阶振型 图 4 5 第 2 阶振型 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 8 图 4 6 第 3 阶振型 图 4 7 第 4 阶振型 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 9 图 4 8 第 5 阶振型 图 4 9 第 6 阶振型 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 10 图 4 10 第 7 阶振型 图 4 11 第 8 阶振型 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 11 图 4 12 第 9 阶振型 图 4 13 第 10 阶振型 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 12 五 五 E1E1 水准地震水准地震反应分析反应分析 本桥为直线桥 只考虑水平向地震作用 分别考虑顺桥向X和横桥向Y的地震作用 地震 作用采用设计加速度反应谱表征 1 1 规范水平设计加速度反应谱规范水平设计加速度反应谱 阻尼比为 0 05 阻尼比调整系数 Cd 1 0 II 类场地系数 Cs 1 0 桥址位置的特征周期 Tg 0 40s 抗震重要性系数 Ci 0 43 Smax 2 25CiCsCdA 2 25 0 43 1 0 1 0 0 20g 0 1935g 水平设计加速度反应谱 S 由下式确定 0 1935 5 50 45 0 1 0 1935g 0 1s0 4 0 1935 0 4 0 4 gTTs STs gTTs 012345678910 0 0 0 5 1 0 1 5 2 0 S m s2 周期 s 图 5 1 水平加速度反应谱曲线 2 2 反应谱内力计算反应谱内力计算 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 13 图 5 2 顺桥向弯矩图 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 14 图 5 3 顺桥向剪力图 图 5 4 横桥向弯矩图 图 5 5 横桥向剪力图 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 15 表 5 1 反应谱内力汇总 顺桥向地震力横桥向地震力 墩底承台底墩底承台底 墩 号 弯矩 kN m 剪力 kN 弯矩 kN m 剪力 kN 弯矩 kN m 剪力 kN 弯矩 kN m 剪力 kN 1 216511071265541357441411819531431995 2 20098951240911219591732118697042272 3 209341009253211350682992515809342676 4 17016984213151267481861735566481927 5 18531939225871231556632142663612283 6 192301015238211304411081781499611939 7 172391301238661541395842583529742744 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 16 六 六 E2E2 水准地震反应分析水准地震反应分析 采用非线性时程分析方法计算模型关键部位的位移与内力 1 1 地震动参数 地震动参数 非线性时程分析的加速度地震波为规范反应谱人工合成地震动 E2 水准对应的 3 条水平 加速度地震波见图 6 1 图 6 3 05101520 3 2 1 0 1 2 3 加速度 m s 2 时间 s 图 6 1 第 1 条人工合成地震动 05101520 3 2 1 0 1 2 3 加速度 m s 2 时间 s 图 6 2 第 2 条人工合成地震动 05101520 3 2 1 0 1 2 3 加速度 m s 2 时间 s 图 6 3 第 3 条人工合成地震动 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 17 2 2 等效塑性铰区长度计算 等效塑性铰区长度计算 在 E2 地震作用下 桥梁可按 抗震细则 7 4 3 条计算单柱墩墩底塑性铰区域的等 效塑性铰长度 Lp 计算公式如下 取两式计算结果的较小值 0 080 0220 044 pysys LHf df d 2 3 p Lb 式中 H 为悬臂墩的高度或塑性铰截面到反弯点的距离 cm b 为矩形截面的短边尺寸 cm fy为纵向钢筋抗拉强度标准值 MPa ds为纵向钢筋的直径 cm XX 大桥各墩的等效塑性区长度计算见表 6 1 表 6 1 等效塑性铰区长度计算 项 目1 2 3 4 5 6 7 b2 52 52 52 52 52 52 5 2 3b1 71 71 71 71 71 71 7 LP1 m1 71 71 71 71 71 71 7 H m27 031 030 032 029 026 016 0 0 08H cm216 0248 0240 0256 0232 0208 0128 0 fy MPa335 0335 0335 0335 0335 0335 0335 0 ds mm28 028 028 028 028 028 028 0 fy ds938 0938 0938 0938 0938 0938 0938 0 LP2 cm236 6268 6260 6276 6252 6228 6148 6 0 044fy ds41 341 341 341 341 341 341 3 LP2 m2 42 72 62 82 52 31 5 LP m1 71 71 71 71 71 71 5 3 3 桥墩塑性铰区截面的弯矩桥墩塑性铰区截面的弯矩 曲率分析曲率分析 混凝土桥墩的抗弯强度是通过截面的轴力 弯矩 曲率 PM 分析来得到 截面的 PM 关系曲线采用条带法计算 首先 根据截面特性将截面划分成为图 6 4 中左图所示 的条带 在划分条带时将约束混凝土 无约束混凝土及钢筋分别划分 其中保护层的混凝土 约束混凝土的应力 应变关系采用 Mander 模型计算 用条带法计算PM 关系曲线时采用 逐级加变形法计算 将计算出的弯矩 曲率全过程曲线转换成图 6 5 所示的等效双线性骨架曲 线 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 18 yy 中性轴 i x yi x 形心轴 o A i i yi 图图 6 4 截面截面 MP曲线的条带法计算示意图曲线的条带法计算示意图 u 0 y eq Mu Meq M My 图图 6 56 5 屈服曲率和等效屈服曲率定义屈服曲率和等效屈服曲率定义 XX 大桥 1 7 桥墩的弯矩 曲率全过程曲线与等效双线性曲线 见图 6 6 图 6 9 及表 6 2 0 0000 0020 0040 0060 0080 0100 012 0 20000 40000 60000 80000 100000 Meq 弯矩 kN m 曲率 m 1 My 图 6 9 1 墩顺桥向的弯矩 曲率曲线 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 19 0 0000 0020 0040 0060 0080 0100 012 0 20000 40000 60000 80000 100000 Meq 弯矩 kN m 曲率 m 1 My 图 6 7 2 6 墩顺桥向的弯矩 曲率曲线 0 0000 0020 0040 0060 0080 0100 012 0 20000 40000 60000 80000 100000 Meq 弯矩 kN m 曲率 m 1 My 图 6 8 7 墩顺桥向的弯矩 曲率曲线 0 00000 00050 00100 00150 0020 0 40000 80000 120000 160000 200000 Meq 弯矩 kN m 曲率 m 1 My 图 6 8 1 墩横桥向的弯矩 曲率曲线 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 20 表 6 2 弯矩 曲率计算 顺桥向横桥向 My yMu uMeq eqMy yMu uMeq eq墩号 kN m1 mkN m1 mkN m1 mkN m1 mkN m1 mkN m1 m 1 7 68E41E 39 08E41 06E 28 68E41 11E 31 69E52 89E 41 76E51 56E 31 76E51 49E 4 2 7 88E41E 39 31E41 02E 28 88E41 11E 31 84E52 89E 41 92E51 45E 31 84E51 49E 4 3 7 88E41E 39 31E41 02E 28 88E41 11E 31 84E52 89E 41 92E51 45E 31 84E51 49E 4 4 7 88E41E 39 31E41 02E 28 88E41 11E 31 84E52 89E 41 92E51 45E 31 84E51 49E 4 5 7 88E41E 39 31E41 02E 28 88E41 11E 31 84E52 89E 41 92E51 45E 31 84E51 49E 4 6 7 88E41E 39 31E41 02E 28 88E41 11E 31 84E52 89E 41 92E51 45E 31 84E51 49E 4 7 7 45E41E 38 80E41 10E 28 48E41 10E 31 61E52 89E 41 68E51 56E 31 61E51 49E 4 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 21 4 4 全桥非线性时程反应分析 全桥非线性时程反应分析 XX 大桥非线性时程反应内力列于表 6 3 及表 6 4 表 6 3 顺桥向时程地震力 截 面内 力第 1 条波第 2 条波第 3 条波最大值 弯矩 kN m 588925297052005 58892 墩底 剪力 kN 287927732566 2879 弯矩 kN m 740016834463122 74001 1 承台底 剪力 kN 322233963499 3499 弯矩 kN m 541065413650098 54136 墩底 剪力 kN 237925252630 2630 弯矩 kN m 663496661561123 66615 2 承台底 剪力 kN 287730593625 3625 弯矩 kN m 559195547047703 55919 墩底 剪力 kN 252127342597 2734 弯矩 kN m 691687002157174 70021 3 承台底 剪力 kN 294833343359 3359 弯矩 kN m 381133589445681 45681 墩底 剪力 kN 247322792232 2473 弯矩 kN m 529234650857579 57579 4 承台底 剪力 kN 329031412825 3290 弯矩 kN m 540145740240578 57402 墩底 剪力 kN 235227762461 2776 弯矩 kN m 650856956054893 69560 5 承台底 剪力 kN 288733603023 3360 弯矩 kN m 573575494545829 57357 墩底 剪力 kN 273627412725 2741 弯矩 kN m 715596875459708 71559 6 承台底 剪力 kN 307333803431 3431 弯矩 kN m 484175238141768 52381 墩底 剪力 kN 342835583140 3558 弯矩 kN m 671887130358838 71303 7 承台底 剪力 kN 369741473521 4147 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 22 表 6 4 横桥向时程地震力 截 面内 力第 1 条波第 2 条波第 3 条波最大值 弯矩 kN m 140399127135133793 140399 墩底 剪力 kN 591552585081 5915 弯矩 kN m 173710155602162483 173710 1 承台底 剪力 kN 609556254898 6095 弯矩 kN m 154404160796158398 160796 墩底 剪力 kN 528757065422 5706 弯矩 kN m 183087191564188090 191564 2 承台底 剪力 kN 538062595356 6259 弯矩 kN m 122574176124 165690 176124 墩底 剪力 kN 465968525921 6852 弯矩 kN m 149115216006199289 216006 3 承台底 剪力 kN 497771565944 7156 弯矩 kN m 101111108896122049 122049 墩底 剪力 kN 341440604213 4213 弯矩 kN m 118946130909144845 144845 4 承台底 剪力 kN 407745044382 4504 弯矩 kN m 167974169760165278 169760 墩底 剪力 kN 635663916185 6391 弯矩 kN m 202791204529199343 204529 5 承台底 剪力 kN 638769536135 6953 弯矩 kN m 126783108770120901 126783 墩底 剪力 kN 563149404954 5631 弯矩 kN m 158458135857148356 158458 6 承台底 剪力 kN 596354364869 5963 弯矩 kN m 101507102977122411 122411 墩底 剪力 kN 692270728345 8345 弯矩 kN m 143121144717172754 172754 7 承台底 剪力 kN 700774358471 8471 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 23 XX 大桥的非线性时程位移列于表 6 5 及表 6 6 表 6 5 墩顶时程位移 顺桥向墩顶位移 m横桥向墩顶位移 m 墩号 第 1 条波第 2 条波第 3 条波最大值第 1 条波第 2 条波第 3 条波最大值 1 0 1060 0960 0940 1060 0420 0370 0390 042 2 0 1200 1200 1060 1200 0530 0560 0550 056 3 0 1130 1130 1020 1130 0400 0580 0540 058 4 0 0780 0740 0840 0840 0330 0370 0400 040 5 0 1050 1110 0880 1110 0530 0530 0520 053 6 0 0970 0930 0780 0970 0370 0320 0340 037 7 0 0480 0510 0420 0510 0220 0230 0270 027 表 6 6 顺桥向支座时程位移 顺桥向支座位移 m 墩号 第 1 条波第 2 条波第 3 条波最大值 1 0 0700 087 0 074 0 087 2 0 0530 064 0 055 0 064 3 0 0610 074 0 063 0 074 5 0 0590 063 0 055 0 063 6 0 0770 080 0 070 0 080 7 0 1110 117 0 090 0 117 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 24 XX 大桥的部分典型时程曲线示于图 6 9 图 6 14 图 6 9 顺桥向 2 墩顶位移时程曲线 图 6 10 顺桥向 2 墩梁相对位移时程曲线 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 25 图 6 11 顺桥向 2 墩底弯矩时程曲线 图 6 12 顺桥向 2 墩底剪力时程曲线 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 26 图 6 13 横桥向 3 墩顶位移时程曲线 图 6 14 横桥向 3 墩底弯矩时程曲线 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 27 七 抗震验算七 抗震验算 由 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 知 桥墩在地震 偶遇荷载 作用下只需进行承载能力验算 由 公路桥梁抗震设计细则 JTG T B02 01 2008 的第第第9 4条 条 当桥墩截面的地震反应弯矩 ME小于初始屈服弯矩 My时 整个截面保持 弹性 截面的裂缝宽度不会超过容许值 结构基本无损伤 能满足结构在弹性范围内工作的性 能目标 1 E1 水准地震作用下的抗震验算 1 桥墩的强度验算 顺桥向 1 桥墩的地震作用控制设计 横桥向 3 桥墩的地震作用控制设计 取最不利桥墩 的控制截面进行抗弯强度验算 列于表 7 1 表 7 1 桥墩的抗弯强度验算 顺桥向抗弯强度验算横桥向抗弯强度验算 地震反应弯矩 ME 初始屈服弯矩 My ME My验算结论 地震反应弯矩 ME 初始屈服弯矩 My ME My验算结论 21651 kN m7 68E4 kN m是通过68299 kN m1 84E5 kN m是通过 结论 由上表可知 E1 水准地震作用下桥墩的抗弯强度满足要求 2 桩基础的强度验算 作用效应组合按 公路桥梁抗震设计细则 取永久作用 恒载 与地震作用进行组合 顺桥向 1 桥墩承台的地震作用控制桩基础设计 横桥向 3 桥墩的地震作用控制桩基础设 计 取最不利桥墩承台底的地震力与恒载轴力组合 按 m 法进行桩身弯矩计算 E1 水准地震 作用下桩身最大弯矩列于表 7 2 表 7 2 桩身的抗弯强度验算 顺桥向抗弯强度验算横桥向抗弯强度验算 地震反应弯矩 ME 初始屈服弯矩 My ME My验算结论 地震反应弯矩 ME 初始屈服弯矩 My ME0 45s 所以考虑结构周期的墩顶水平 位移调整系数 C 1 0 d c 计算到 E2 地震作用下的墩顶水平位移 d 0 294 m u 1 30 m 中墩 OK d 0 190 m u 0 90 m 边墩 OK 下图为 C 匝道在三条 E2 水准的加速度时程波作用下的第 2 联 3 4 中墩墩顶纵向位移非 线性时程分析值 d 0 12m 比简化计算结果值偏小 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 30 5 4 能力保护构件强度验算 1 墩柱抗剪强度验算 根据抗震设计的能力保护设计原则 墩柱的剪切强度应大于墩柱可能在地震中承受的最大 剪力 对应于墩柱塑性铰处截面可能达到的最大弯矩承载能力 因此 Vco 应按柱底实际截 面配筋 并采用强度标准值和轴压力计算出的弯矩承载力 并考虑超强系数 0 来计算 边墩 Mzc 5900kN m My 7367kN m 中墩 Mzc 4500kN m My 5450kN m 边墩 Vc0 1 2 7367 11 803kN Vcu 2620kN OK 中墩 Vc0 1 2 5450 13 503kN Vcu 2246kN OK 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 31 系数符号边墩中墩 核心混凝土面积 Ae21025 15625 混凝土抗压强度标准值 fc 23 40 23 40 同一截面上箍筋的总面积 Ak6 782 6 782 箍筋间距 Sk1010 箍筋抗拉强度设计值 fyh280280 计算方向墩宽 b150130 抗剪强度折减系数 0 850 85 Vs16814 5064 Vs22849 2469 箍筋提供的抗剪能力 Vs2849 2469 墩柱塑性铰区域的斜截面抗剪强度 Vcu2620 2246 2 桩基能力保护设计验算 桩身抗弯强度按能力保护设计原则进行验算 1 边墩基础 承台顶面作用力 M 8840X2 17680kN m H 803x2 1606kN N 8000kN 采用 m 法求的桩身最大截面弯矩 M 9630KN m 1 5m 的灌注桩截面强度无法满足 需加大桩身直径至 1 8m 并在桩顶 10m 范围内沿截 面一圈配置 80 28mm 钢筋 间距 125mm 双筋并排布置 2 中墩基础 承台顶面作用力 M 6540X2 13080kN m H 503x2 1006kN N 8000kN 采用 m 法求的桩身最大截面弯矩 M 7000KN m 1 5m 的灌注桩截面强度无法满足 需加大桩身直径至 1 8m 并在桩顶 10m 长范围内沿 截面一圈配置 40 32mm 钢筋 间距 125mm 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 32 八 桥墩横桥向水平地震力及抗震验算八 桥墩横桥向水平地震力及抗震验算 双柱盖梁墩横桥向为框架结构 需要采用空间有限元建模 采用反应谱方法计算 分析模 型中应考虑上部结构 支座 桥墩和基础刚度的影响 1 桩基等代土弹簧 抗震细则 第 6 3 8 条要求 建立桥梁抗震分析模型应考虑土的共同作用 桩土的共同 作用可用等代土弹簧模拟 等代土弹簧的刚度可采用表征土介质弹性值的 m 参数来计算 而且 抗震计算时的土的抗力取值比静力计算时大 一般取 m 动 2 3 m 静 横向两根桩 圆形截面形状换算系数 k 0 9 n 2 b2 0 6 计算埋入深度 h1 3 d 1 7 5m 桩间净距 L1 4 4 1 5 2 9m 0 6h1 桩间相互影响系数 k b2 1 b2 L1 0 6h1 0 6 1 0 6 2 9 0 6 7 5 0 86 桩的计算宽度 b1 0 86 0 9 1 5 1 1 935m 在承台地面以下 hm 2 1 5 1 5m 深度内为粉土呈硬塑 可塑状 层厚 4 20 14 70m 稍 密 中密 稍湿 湿 查 公路桥涵地基与基础设计规范 JTG D63 2007 表 P 0 2 1 非 岩石地基水平向抗力系数的比例系数 m 5000 20000kN m4 本抗震计算取 m 2 10000 20000 kN m4 根据 m 法经验 hm 深度以下的土抗力系数对其刚度影响甚小 m 值可以偏安全地统一按上 部取值 建立有限元模型 桩基划分为单元长 1m 在每个节点设水平节点弹性支承 弹簧刚度 K 1 1 935 20000 Z 38700Z kN m 式中 Z 为设置土弹簧的埋深 1 0 1 0 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 33 计算桩顶等代土弹簧刚度值如下表 桩顶位移桩顶等代土弹簧刚度 桩顶单位作用力 DY m kN RX rad kNm KY kN m KRX kNm rad 墩顶单位水平力 6 0408E 071 2128E 07 1 6554E 068 2456E 06 墩顶单位弯矩 1 2128E 073 7076E 08 8 2456E 06 2 6972E 07 2 上部结构恒荷载和静力计算 上部结构采用预应力空心板梁 跨径 20m 恒荷载 3452kN 换算在盖梁宽度范围内为 3452 8 432kN m 风荷载 K0 0 90 K3 1 4 K2 1 0 K5 1 38 K1 1 7 W0 0 35kN m2 Wd 0 667 kN m2 桥墩上 0 9 1 7 1 4 1 3 0 667 1 86kN m 上部结构上 0 9 1 0 1 4 2 20 0 667 33 6kN 汽车活载 采用横向车列进行影响线加载 荷载工况位置轴向 kN 剪力 z kN 弯矩 y kN m 桩顶 2577 6 1 7 3 3 柱底 2577 5 4 6 18 1 柱顶 2073 9 4 6 35 3 恒载 盖梁节点 4 6 1086 5 891 0 桩顶 0 0 10 9 20 9 柱底 0 0 18 8 125 8 柱顶 0 0 18 8 92 8 系统升温 盖梁节点 18 8 0 0 106 0 桩顶 0 0 10 9 20 9 柱底 0 0 18 8 125 8 柱顶 0 0 18 8 92 8 系统降温 盖梁节点 18 8 0 0 106 0 桩顶 150 8 13 0 115 5 柱底 64 0 39 7 207 2 柱顶 64 0 18 1 128 7 横向风荷载 盖梁节点 16 8 64 0 141 0 桩顶 0 0 88 8 359 0 柱底 82 1 14 2 64 5 柱顶 82 1 14 2 106 6 活载 MAX 盖梁节点 12 8 82 1 23 5 活载 MIN 桩顶 1213 4 94 8 370 6 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 34 柱底 1329 4 12 8 77 1 柱顶 1329 4 12 8 109 7 盖梁节点 14 2 879 4 633 7 桩顶 3941 8 155 5 632 1 柱底 5003 5 74 3 412 5 柱顶 4399 1 57 7 386 0 静力计算基本 组合 盖梁节点 56 7 2584 3 2168 8 注 桩顶轴向力为组合系数 1 0 的标准组合值 其余为按极限承载能力状态设计时的基本 组合值 3 动力特性分析 第 1 阶 振型 自振周期 T 0 652s 质量参与系数 93 3 C 匝道全联模型横向第 1 阶振型 自振周期 T 0 655s 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 35 E 匝道全联模型横向第 1 阶振型 自振周期 T 0 607s 4 E1 地震作用内力 荷载工况位置轴向 kN 剪力 z kN 弯矩 y kN m 桩顶 2577 6 1 7 3 27 柱底 2577 54 4 6 18 07 柱顶 2073 87 4 635 25 恒载 盖梁节点 4 6 1086 54 891 04 桩顶 1316 65157 921065 44 柱底 696 13272 971750 16 柱顶 692 82246 681303 08 E1 反应谱 盖梁节点 109 04677 841487 39 桩顶 3894 25 159 62 1068 71 柱底 3273 67 277 57 1768 23 柱顶 2766 69 251 281338 33 E1 地震作 用偶然组合 盖梁节点 113 64 1764 38 2378 43 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 36 E1 地震作用下 C 匝道第 2 联桥墩横向弯矩图 E1 地震作用下 E 匝道第 2 联桥墩横向弯矩图 由静动力计算结果比较可知 除桩基竖向承载按静力阶段的 3950kN 控制 其余都是 E1 地 震作用控制 立柱纵横向截面相同 E1 地震作用下顺桥向效应控制截面设计 5 E1 地震作用下截面承载能力验算 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 37 立柱 OK 桩 OK 盖梁 盖梁跨中轴向 kN 剪力 z kN 弯矩 y kN m 上部结构恒 载 4 60304 15 结构升温 18 820 106 结构降温 18 820106 风荷载 16 7864 030 1 横向活载 12 75352 08502 35 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 38 MAX 横向活载 MIN 14 15 352 08 230 78 基本组合 45 7 542 2 1172 2 跨中盖梁由使用阶段基本组合控制设计 盖梁在承载能力极限状态下的截面强度验算可以满足要求 6 E2 地震作用下变形验算 根据横向推力弹塑性 PUSHover 计算 中墩横向柱底和柱顶共 4 个塑性铰区域最先达到最 大容许转角 0 04 时 墩顶横向位移为 0 228m 边墩横向柱底和柱顶共 4 个塑性铰区域最先达 到最大容许转角 0 04 时 墩顶横向位移为 0 203m E2 地震作用下中墩墩顶最大横向位移为 99mm 228mm 边墩墩顶最大横向位移 56mm 203mm 满 足规范要求 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 39 7 能力保护构件强度验算 7 1 墩柱横向抗剪能力验算 墩柱截面和配筋纵横两方向相同 墩柱底截面的正截面抗弯承载能力对应的弯矩值为 边墩 Mzc 7367kN m Hn 10 3m Vc0 1 2x 7367 7367 10 3 1716kN 2620kN OK 中墩 Mzc 5450kN m Hn 12 3m Vc0 1 2x 5450 5450 12 3 1063kN 2426kN OK 7 2 桩基 承台 盖梁的强度验算 1 中墩 设中墩墩底弯矩达到截面极限强度的 1 2 倍 即 1 2 5450 6540kN m 则此时的桩基 盖梁 承台内力如下图 轴力 弯矩 剪力 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 40 10266 10266 10266 0 10266 6099 6044 602 5989 5933 4828 602 4828 4828 717 876 772 828 939 1050 0 8280 10055 0 1065 4605 5830 927 5942 7502 4377 3380 2755 2154 3484 2807 5054 3983 1187 6619 8179 9551 5320 1190 5209 6434 0 4167 4167 0 623 968 968 695 1226 1226 1226 968 968 968 1226 1226 1226 968 1082 1226 1226 4462 3380 1082 968 968 上述内力值作为桩基 承台 盖梁的能力保护设计值 A 单桩竖向承载力 考虑 E2 地震作用下 地基土抗震容许承载力调整系数 1 5 则 10266 1 5 6844KN 需要在使用阶段控制容许单桩竖向承载力为 6800kN 桩基横向弯矩不控制设计 B 承台 对刚域节点弯矩削峰 承台横向弯矩按 10055 2 2 2 2 0 4 8226kN m 控制设计 上下截面需要配置 26 25mm 钢筋 17 9 26 双筋叠排 原设计在承台中部将截面宽度由 2 5m 缩小为 2 0m 并不合理 建议采用相同的 2 5m 截面宽度 竖向剪力按 4167kN 控制设计 按构造配置箍筋即可 大桥抗震计算书大桥抗震计算书 41 C 盖梁 对刚域节点弯矩削峰 盖梁结点负弯矩按 9551 2 2 2 2 0 4 7814kN m 控制设计 盖 梁上缘应配置 30 32mm 钢筋 双筋叠排 盖梁结点正弯矩按 5320 2 2 2 2 0 4 4353kN m 控