互通立交典型匝道橋抗震分析方法

何延松

（遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院 沈陽市 110166）

互通立交典型匝道橋抗震分析方法

何延松

（遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院 沈陽市 110166）

以某互通立交匝道橋的抗震分析為例，詳細(xì)介紹了匝道橋的抗震分析方法，可以為設(shè)計人員提供參考。

互通立交；匝道橋；抗震分析

互通立交匝道橋受特殊地形的限制，常常處于小半徑曲線上，不同的地震輸入方向，橋墩的受力也不一樣，在地震作用下其受力較復(fù)雜，如何正確對其進(jìn)行計算分析至關(guān)重要。本文以某座匝道橋為例，探討該類型橋梁的計算方法。

1　橋梁概況

1.1橋梁設(shè)計概況

本互通立交為部分苜蓿葉方案（見圖1）。共六條匝道，半徑從60～80m不等，考慮到六條匝道的上、下部結(jié)構(gòu)形式相同，墩高分布相差不大，橋梁圓心角及半徑相差不大，一聯(lián)橋梁為3×20m或4× 20m等因素，本文選擇兩聯(lián)4×20m的D匝道橋為研究對象。匝道橋上部結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁，典型主梁截面見圖2；下部結(jié)構(gòu)采用花瓶墩及樁基礎(chǔ)，構(gòu)造示意圖見圖3。

1.2地震相關(guān)參數(shù)

1.2.1反應(yīng)譜

根據(jù)GB18306-2001《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》確定沿線地震動峰值加速度為0.20g，地震基本烈度Ⅷ度，并按《公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則》（JTG/T B02-01-2008）確定了橋址場地的地震動特性，提供了在不同超越概率下對應(yīng)的地震動參數(shù)和設(shè)計反應(yīng)譜。

工程場地阻尼比0.05的水平設(shè)計加速度反應(yīng)譜由下式確定：

式中：Smax為水平設(shè)計加速度反應(yīng)譜最大值；Tg為特征周期（單位s）；T為結(jié)構(gòu)自振周期（單位s）。水平設(shè)計加速度反應(yīng)譜最大值Smax通過以下公式確定：

式中：Ci為抗震重要性系數(shù)；Cs為場地系數(shù)；Cd為阻尼調(diào)整系數(shù)；A為水平向基本設(shè)計地震動加速度峰值。工程場地地表設(shè)計地震動參數(shù)見表1。

表1　工程場地地表設(shè)計地震動參數(shù)

圖4是E1地震作用和E2地震作用下地震響應(yīng)系數(shù)曲線。其中E1、E2地震作用下反應(yīng)譜曲線是在50年超越概率10%反應(yīng)譜曲線的基礎(chǔ)上分別考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0.43、1.3得到。地震輸入采用兩種工況：縱向；橫向。并取前500階，振型組合按CQC法，方向組合按SRSS法。

1.2.2加速度時程曲線

圖5～圖7所示的為50年超越概率10%工程場地地表地震加速度時程曲線，采用其進(jìn)行非線性地震時程分析。

計算E1、E2地震作用下的地震響應(yīng)，取該設(shè)防水平下相應(yīng)的3條地震動時程曲線分別輸入所得計算結(jié)果的最大值。計算時分別考慮縱向、橫向兩種工況。

2　動力計算模型及動力特性分析

2.1線性動力模型

采用空間有限元程序，建立匝道橋的動力空間計算模型。主梁、墩柱均采用空間梁單元。承臺模擬為質(zhì)點，賦予承臺質(zhì)量，并與墩底和樁基頂部節(jié)點形成主從連接。橋墩處的樁基礎(chǔ)采用土彈簧模型加以模擬。二期恒載等效為線質(zhì)量均勻施加主梁上。模型中各部分約束條件詳見表2，匝道橋計算模型見圖8。

表2　線性模型邊界及連接條件

2.2非線性動力模型

在線性動力模型基礎(chǔ)上建立其非線性動力模型，主要考慮了活動支座縱向滑動摩擦效應(yīng)。活動支座縱橋向的摩擦效應(yīng)可以近似采用理想彈塑性連接單元進(jìn)行模擬，其典型恢復(fù)力模型如圖9所示。

圖中屈服力Fy（即滑動起始摩擦力）取支座恒載軸壓力N乘以動摩擦系數(shù)，動摩擦系數(shù)對所有滑動摩擦支座均取0.02，即：Fy=N×0.02；初始剛度K為屈服力Fy與屈服位移δy（即滑動起始靜位移，取δy=0.002m）之比：K=Fy/δy=N×0.02/0.002 =10×N（kN/m）。

2.3匝道橋結(jié)構(gòu)動力特性分析

根據(jù)建立的匝道橋動力計算模型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)動力特性分析，列出匝道橋部分振型周期及頻率和振型特征。表3為匝道橋計算模型主橋的前10階振型、頻率及振型特征。

表3　計算模型基本動力特性

3　最不利輸入方向確定

根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則》（JTG/T B02-01-2008）6.3.5條：進(jìn)行曲線梁橋梁地震反應(yīng)分析時，可分別沿向量兩橋墩連線方向和垂直于連線水平方向進(jìn)行對方向地震輸入，以確定最不利地震水平輸入方向。

以兩聯(lián)（橋墩編號D0～D8）為研究對象，分別以D0-D1、D1-D2、D2-D3、D3-D4、D4-D5、D5-D6、D6-D7和D7-D8（以下分別即為角度1～角度8）共計八個橋墩連線方向及其垂直方向進(jìn)行地震輸入，研究順橋向地震輸入下固定墩墩柱和橫橋向輸入下各橋墩墩柱的地震反應(yīng)情況，以確定最不利地震水平輸入。根據(jù)計算結(jié)果，分別得到順橋向地震輸入下固定墩墩底截面以及橫橋向輸入下各橋墩墩底截面的地震反應(yīng)隨地震輸入方向不同的變化趨勢，如圖10～圖11所示。

從圖10～圖11中可以看出，以D5-D6橋墩連線及其垂直線方向（角度6）分別為順橋向及橫橋向地震動輸入方向，在順橋向地震輸入下D6固定墩地震響應(yīng)相對最大，在橫橋向地震輸入下各橋墩地震響應(yīng)相對最大。因此，報告以D5-D6橋墩連線及其垂直線方向（角度6）分別為順橋向及橫橋向地震動輸入方向。

4　結(jié)語

匝道橋半徑較小，不同的地震輸入方向其受力差別較大，在對該類型橋梁進(jìn)行抗震計算時，一定要比較不同地震方向結(jié)構(gòu)受力的大小，取最不利內(nèi)力進(jìn)行抗震設(shè)計，這樣才能保證結(jié)構(gòu)的安全。

［1］ 中華人民共和國交通運輸部.JTG/T B02-01-2008公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則［S］.北京：人民交通出版社，2008.

［2］范立礎(chǔ)，等.大跨度橋梁抗震設(shè)計［M］.北京：人民交通出版社.

［3］于建華，等.高等結(jié)構(gòu)動力學(xué)［M］.四川：四川大學(xué)出版社.

Seismic Analysis Method for Typical Interchange Ramp Bridge

HE Yan-song
（Liaoning Provincial Transportation Planning and Design Institute，Shenyang 110166，China）

Taking seismic analysis on an interchange ramp bridge as an example，seismic analysis method for ramp bridge is introduced in detail，thus providing reference for design personnel.

Interchange；Ramp bridge；Seismic analysis

U442.5+5

B

1673-6052（2016）03-0004-04

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.03.002