大金沟大桥抗震分析报告

1、兰州市南山路工程兰州市南山路工程大金沟大桥抗震分析报告大金沟大桥抗震分析报告2009 年 8 月目目 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兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书1一、工程概况一、工程概况兰州市南山路大金沟大桥为两联等截

2、面连续梁，每联为四跨（440m） ，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 大金沟大桥立面示意图图 1.2 上部结构断面图兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书2图 1.3 下部结构构造图联间墩设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

3、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=2m=20000 kN/m4。桩径 d=1.5m，桩形状换算系数 kf

4、=0.9，桩的计算宽度b0=1.00.9(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=12.2520000Z=4500Z（kN/m）式中，Z 为设置弹簧处距地面的距离。兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书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

5、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

6、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、计算方法兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书4本工程采用“两水准设防、两

7、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 兰州市南山路大金沟大桥抗震设防水准和抗震性能目标兰州市南山路大金沟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

8、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。

9、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。兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书5图 4.1 动力计算模型图 4.2 36 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 主梁断面示意图兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书62 全桥自振特性分析部分自振周期及相应振型描

10、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兰州市南山路大金沟大桥抗震

11、计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书7图 4.4 第 1 阶振型图 4.5 第 2 阶振型兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书8图 4.6 第 3 阶振型图 4.7 第 4 阶振型兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书9图 4.8 第 5 阶振型图 4.9 第 6 阶振型兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书10图 4.10 第 7 阶振型图 4.11 第 8 阶振型兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书11图 4.12 第 9 阶振型图 4.13 第 10 阶振型兰州市南山路大金沟大桥

12、抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书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=0.43Smax=2.25CiCsCdA=2.250.431.01.00.20g=0.1935g水平设计加速度反应谱 S 由下式确定：0.1935 (5.50.45) 0.10.1935g 0.1s

13、0.40.1935 (0.4/) 0.4gTTsSTsgTTs0123456789100.00.51.01.52.0S(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兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书13图 5.2 顺桥向弯矩图兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书14图 5.3 顺桥向剪力图图 5.4 横桥向弯矩图图 5.5 横桥向剪力图兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书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（kNm）

14、剪力（kN）弯矩（kNm）剪力（kN）弯矩（kNm）剪力（kN）弯矩（kNm）剪力（kN）121651107126554135744141181953143199522009895124091121959173211869704227232093410092532113506829925158093426764170169842131512674818617355664819275185319392258712315566321426636122836192301015238211304411081781499611939717239130123866154139584258352974274

15、4兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书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。05101520-3-2-10123加速度/ms-2时间/s图 6.1 第 1 条人工合成地震动05101520-3-2-10123加速度/ms-2时间/s图 6.2 第 2 条人工合成地震动05101520-3-2-10123加速度/ms-2时间/s图 6.3 第 3 条人工

16、合成地震动兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书172 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：0.080.0220.044pysysLHf df d23pLb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） 。大金沟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

17、#3#4#5#6#7#b2.52.52.52.52.52.52.52/3b1.71.71.71.71.71.71.7LP1/m1.71.71.71.71.71.71.7H/m27.031.030.032.029.026.016.00.08H/cm216.0248.0240.0256.0232.0208.0128.0fy/MPa335.0335.0335.0335.0335.0335.0335.0ds/mm28.028.028.028.028.028.028.0fyds938.0938.0938.0938.0938.0938.0938.0LP2/cm236.6268.6260.6276.6252

18、.6228.6148.60.044fyds41.341.341.341.341.341.341.3LP2/m2.42.72.62.82.52.31.5LP/m1.71.71.71.71.71.71.53 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PM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。用条带法计算关系曲线时采用PM逐级

19、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。兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书18yy中性轴ixyix形心轴oAiiyi图图 6.4 截面截面曲线的条带法计算示意图曲线的条带法计算示意图 MPu0yeqMuMeqMMy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大金沟大桥 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。0.0000.0020.0040.0060.0080.0100.012020000400006000080000100000Meq弯矩

20、/kNm曲率/m-1My图 6.9 1#墩顺桥向的弯矩-曲率曲线兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书190.0000.0020.0040.0060.0080.0100.012020000400006000080000100000Meq弯矩/kNm曲率/m-1My图 6.7 2#6#墩顺桥向的弯矩-曲率曲线0.0000.0020.0040.0060.0080.0100.012020000400006000080000100000Meq弯矩/kNm曲率/m-1My图 6.8 7#墩顺桥向的弯矩-曲率曲线0.00000.00050.00100.00150.00200400

21、0080000120000160000200000Meq弯矩/kNm曲率/m-1My图 6.8 1#墩横桥向的弯矩-曲率曲线兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书20表 6.2 弯矩-曲率计算顺桥向横桥向MyyMuuMeqeqMyyMuuMeqeq墩号kNm1/mkNm1/mkNm1/mkNm1/mkNm1/mkNm1/m1#7.68E41E-39.08E41.06E-28.68E41.11E-31.69E52.89E-41.76E51.56E-31.76E51.49E-42#7.88E41E-39.31E41.02E-28.88E41.11E-31.84E52.89

22、E-41.92E51.45E-31.84E51.49E-43#7.88E41E-39.31E41.02E-28.88E41.11E-31.84E52.89E-41.92E51.45E-31.84E51.49E-44#7.88E41E-39.31E41.02E-28.88E41.11E-31.84E52.89E-41.92E51.45E-31.84E51.49E-45#7.88E41E-39.31E41.02E-28.88E41.11E-31.84E52.89E-41.92E51.45E-31.84E51.49E-46#7.88E41E-39.31E41.02E-28.88E41.11E-31.

23、84E52.89E-41.92E51.45E-31.84E51.49E-47#7.45E41E-38.80E41.10E-28.48E41.10E-31.61E52.89E-41.68E51.56E-31.61E51.49E-4兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书214 4、全桥非线性时程反应分析、全桥非线性时程反应分析大金沟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（kNm）58892529705200558892墩底剪力（kN）2879277325662879弯矩（k

24、Nm）740016834463122740011承台底剪力（kN）3222339634993499弯矩（kNm）54106541365009854136墩底剪力（kN）2379252526302630弯矩（kNm）663496661561123666152承台底剪力（kN）2877305936253625弯矩（kNm）55919554704770355919墩底剪力（kN）2521273425972734弯矩（kNm）691687002157174700213承台底剪力（kN）2948333433593359弯矩（kNm）38113358944568145681墩底剪力（kN）24732279

25、22322473弯矩（kNm）529234650857579575794承台底剪力（kN）3290314128253290弯矩（kNm）54014574024057857402墩底剪力（kN）2352277624612776弯矩（kNm）650856956054893695605承台底剪力（kN）2887336030233360弯矩（kNm）57357549454582957357墩底剪力（kN）2736274127252741弯矩（kNm）715596875459708715596承台底剪力（kN）3073338034313431弯矩（kNm）48417523814176852381墩底剪力

26、（kN）3428355831403558弯矩（kNm）671887130358838713037承台底剪力（kN）3697414735214147兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书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（kNm）140399127135133793140399墩底剪力（kN）5915525850815915弯矩（kNm）1737101556021624831737101承台底剪力（kN）6095562548986095弯矩（kNm）154404160796158398160796墩底剪力（kN）5

27、287570654225706弯矩（kNm）1830871915641880901915642承台底剪力（kN）5380625953566259弯矩（kNm）122574176124165690176124墩底剪力（kN）4659685259216852弯矩（kNm）1491152160061992892160063承台底剪力（kN）4977715659447156弯矩（kNm）101111108896122049122049墩底剪力（kN）3414406042134213弯矩（kNm）1189461309091448451448454承台底剪力（kN）4077450443824504弯矩（k

28、Nm）167974169760165278169760墩底剪力（kN）6356639161856391弯矩（kNm）2027912045291993432045295承台底剪力（kN）6387695361356953弯矩（kNm）126783108770120901126783墩底剪力（kN）5631494049545631弯矩（kNm）1584581358571483561584586承台底剪力（kN）5963543648695963弯矩（kNm）101507102977122411122411墩底剪力（kN）6922707283458345弯矩（kNm）143121144717172754

29、1727547承台底剪力（kN）7007743584718471兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书23大金沟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10.1060.0960.0940.1060.0420.0370.0390.04220.1200.1200.1060.1200.0530.0560.0550.05630.1130.1130.1020.1130.0400.0580.0540.05840.0780.0

30、740.0840.0840.0330.0370.0400.04050.1050.1110.0880.1110.0530.0530.0520.05360.0970.0930.0780.0970.0370.0320.0340.03770.0480.0510.0420.0510.0220.0230.0270.027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10.0700.0870.0740.08720.0530.0640.0550.06430.0610.0740.0630.07450.0590.0630.0550.06360.0770.0800.0

31、700.08070.1110.1170.0900.117兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书24大金沟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兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书25图 6.11 顺桥向 2#墩底弯矩时程曲线图 6.12 顺桥向 2#墩底剪力时程曲线兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书26图 6.13 横桥向 3#墩顶位移时程曲线图 6.14 横桥向 3#墩底弯矩时程曲线兰州市南山路大金沟大桥抗震计

32、算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书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

33、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MyMEMy验算结论地震反应弯矩ME初始屈服弯矩MyMEMy验算结论21651 kNm7.68E4 kNm是通过68299 kNm1.84E5 kNm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

34、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MyMEMy验算结论地震反应弯矩ME初始屈服弯矩MyME0.45s,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）OKd= 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。兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大

35、桥抗震计算书305.4 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.mMy=7367kN.m 中墩： Mzc=4500kN.mMy=5450kN.m 边墩：Vc0=1.2*7367/11=803kN Vcu=2620kN OK中墩：Vc0=1.2*5450/13=503kN Vcu=2246kN OK兰州市南山路大金沟大桥抗震

36、计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书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fc23.40 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0.850.85Vs16814 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.mH=8

37、03x2=1606kN N=8000kN采用 m 法求的桩身最大截面弯矩 M=9630KN.m1.5m 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.mH=503x2=1006kN N=8000kN采用 m 法求的桩身最大截面弯矩 M=7000KN.m1.5m 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。兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山

38、路大金沟大桥抗震计算书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=(23)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

39、 L1=4.4-1.5=2.9m0.6h1，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 4.2014.70m；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=500020000kN/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

40、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。-1.01.0兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书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

41、-8.2456E+062.6972E+072、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.

42、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

43、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 兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书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

44、.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兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书35E 匝道全联模型横向第 1 阶振型，自振周期 T=0.607s4、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-2073.87-4.6

45、35.25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692.82246.681303.08E1 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-2766.69-251.281338.33E1 地震作用偶然组合盖梁节点113.64-1764.38-2378.43兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书36E1 地震作用下，C 匝道第 2 联桥墩横向弯矩图E1 地震作用下

46、，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兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书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兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路

47、大金沟大桥抗震计算书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 99mm228mm，边墩墩顶最大横向位移 56mm20

48、3mm,满足规范要求。兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书397、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=10.3mVc0=1.2x(7367+7367)/10.3=1716kN2620kN OK中墩：Mzc=5450kN.m，Hn=12.3mVc0=1.2x(5450+5450)/12.3=1063kN2426kN OK7.2 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

49、.m，则此时的桩基、盖梁、承台内力如下图： 轴力 弯矩 剪力 兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书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 -

50、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

51、.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。兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书兰州市南山路大金沟大桥抗震计算书41C、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 控制设计，盖梁下缘应配置 15-32mm 钢筋。盖梁结点剪力按 4462kN 控制设计，配置 4 肢 16mm 箍筋，间距200mm 即可满足要求。兰州