8度區(qū)某景觀高架橋體系比選分析

李 曉 龍

(北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京　100082)

0　引言

麗澤路改擴(kuò)建工程道路全長約2 km。麗澤路貫穿麗澤商務(wù)區(qū)，是一條重要的東西向城市快速路，對高架橋的景觀效果要求極高。麗澤路高架橋與地下空間為一體化建設(shè)，橋梁基礎(chǔ)穿過地下空間結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)采用魚腹式箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用花瓶墩。上部結(jié)構(gòu)梁寬27.2 m，見圖1。

麗澤路橋梁概況見表1。

表1　麗澤路橋梁概況

1　計(jì)算模型

采用反應(yīng)譜法及時(shí)程法計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)抗震響應(yīng)。軟件采用midas civil，見圖2。

2　墩高6 m～8 m鋼箱梁(45 m+50 m+45 m)體系計(jì)算

2.1　支座體系

E1縱向地震作用下，中墩墩底軸力8 700 kN，彎矩21 748 kN·m，構(gòu)造配筋；剪力2 700 kN，構(gòu)造配筋即可。E1橫向地震作用下，中墩墩底軸力6 000 kN，彎矩13 100 kN·m，構(gòu)造配筋即可；E2縱向地震作用下，中墩墩底軸力8 100 kN，彎矩94 557 kN·m，墩柱進(jìn)入塑性；E2橫向地震作用下，中墩墩底軸力14 410 kN(拉力)，彎矩32 556 kN·m，墩柱進(jìn)入塑性。

E2作用下，墩柱橫縱向均處于塑性，將墩柱配筋代入模型，進(jìn)行PUSHOVER分析?？v向PUSHOVER墩底彎矩為51 964 kN·m，延性墩柱沿順橋向剪力設(shè)計(jì)值為6 300 kN<墩柱承載力；墩柱在屈服過程中，樁基的最不利內(nèi)力為：彎矩3 200 kN·m，軸力6 000 kN(拉)，樁基需配筋49φ28；剪力設(shè)計(jì)值為2 100 kN<樁基剪力承載力。橫向PUSHOVER墩底彎矩為27 666 kN·m，延性墩柱沿順橋向剪力設(shè)計(jì)值為13 100 kN<墩柱承載力；墩柱在屈服過程中，樁基的最不利內(nèi)力為：彎矩4 600 kN·m，軸力7 000 kN(拉)，樁基配筋50φ32；剪力設(shè)計(jì)值為2 600 kN<樁基剪力承載力。

綜上，墩高6 m～8 m鋼箱梁橋可以采用支座體系。

2.2　墩梁固結(jié)體系

E1縱向地震作用下，中墩墩底軸力8 250 kN，彎矩12 684 kN·m，構(gòu)造配筋。E1橫向地震作用下，中墩墩底軸力4 000 kN，彎矩9 800 kN·m，構(gòu)造配筋即可。E2縱向地震作用下，中墩墩底軸力6 000 kN，彎矩53 499 kN·m，墩柱進(jìn)入塑性。E2橫向地震作用下，中墩墩底軸力14 170 kN(拉力)，彎矩37 669 kN·m，墩柱進(jìn)入塑性。

縱向PUSHOVER墩底彎矩為52 636 kN·m，延性墩柱沿順橋向剪力設(shè)計(jì)值為:8 m墩為7 541 kN，6 m墩為15 969 kN，接近墩柱的極限承載力；墩柱在屈服過程中，矮墩(6 m墩)樁基的最不利內(nèi)力為：彎矩8 300 kN·m，軸力10 000 kN(拉)，樁基配筋78φ32，需按兩排布置；剪力設(shè)計(jì)值為5 315 kN，接近樁基剪力的極限承載力。橫向PUSHOVER墩底彎矩為27 666 kN·m，延性墩柱沿順橋向剪力設(shè)計(jì)值為15 968 kN，接近2.5×2.5截面的墩柱最大極限承載力；墩柱在屈服過程中，樁基的最不利內(nèi)力為：彎矩6 100 kN·m，軸力8 600 kN(拉)，樁基配筋62φ32；剪力設(shè)計(jì)值為3 267 kN<樁基剪力承載力。

3　墩高11 m混凝土箱梁體系計(jì)算

3.1　支座體系

E1縱向地震作用下，中墩墩底軸力12 100 kN，彎矩35 674 kN·m。E1橫向地震作用下，中墩墩底軸力5 922 kN，彎矩13 879 kN·m。E2縱向地震作用下，中墩墩底軸力14 396 kN，彎矩155 107 kN·m，墩柱進(jìn)入塑性。E2橫向地震作用下，中墩墩底軸力26 030 kN(拉力)，彎矩56 412 kN·m，墩柱進(jìn)入塑性。E2作用下，墩柱橫縱向均處于塑性，將墩柱配筋代入模型，進(jìn)行PUSHOVER分析。

縱向PUSHOVER墩底彎矩為59 208 kN·m，延性墩柱沿順橋向剪力設(shè)計(jì)值為5 048 kN<墩柱承載力；墩柱在屈服過程中，樁基的最不利內(nèi)力為：彎矩3 072 kN·m，軸力4 192 kN(拉)，樁基配筋48φ25，鋼筋間距12 cm；剪力設(shè)計(jì)值為1 648 kN<樁基剪力承載力。

橫向PUSHOVER墩底彎矩為29 769 kN·m，延性墩柱沿順橋向剪力設(shè)計(jì)值為6 400 kN<墩柱承載力；墩柱在屈服過程中，樁基的最不利內(nèi)力為：彎矩3 591 kN·m，軸力5 102 kN(拉)，樁基配筋47φ28，鋼筋間距13 cm；剪力設(shè)計(jì)值為2 138 kN<樁基剪力承載力。

綜上，墩高11 m混凝土箱梁橋可以采用支座體系。

3.2　墩梁固結(jié)體系

E1縱向地震作用下，中墩墩底軸力14 020 kN，彎矩21 239 kN·m，構(gòu)造配筋即可。E1橫向地震作用下，中墩墩底軸力5 500 kN，彎矩13 877 kN·m。E2縱向地震作用下，中墩墩底軸力11 885 kN，彎矩88 462 kN·m，墩柱進(jìn)入塑性。E2橫向地震作用下，中墩墩底軸力25 865 kN(拉力)，彎矩56 577 kN·m，墩柱進(jìn)入塑性。

E2作用下，墩柱橫縱向均處于塑性，將墩柱配筋代入模型，進(jìn)行PUSHOVER分析?？v向PUSHOVER墩底彎矩為60 739 kN·m，延性墩柱沿順橋向剪力設(shè)計(jì)值為10 427 kN<墩柱承載力；墩柱在屈服過程中，樁基的最不利內(nèi)力為：彎矩4 693 kN·m，軸力6 600 kN(拉)，樁基配筋61φ28剪力設(shè)計(jì)值為3 480 kN<樁基剪力承載力。

橫向PUSHOVER墩底彎矩為29 010 kN·m，延性墩柱沿順橋向剪力設(shè)計(jì)值為6 400 kN<墩柱承載力；墩柱在屈服過程中，樁基的最不利內(nèi)力為：彎矩3 356 kN·m，軸力5 248 kN(拉)，樁基配筋46φ28，鋼筋間距13 cm；剪力設(shè)計(jì)值為2 033 kN<樁基剪力承載力。

綜上，墩高11 m混凝土箱梁橋可以采用墩梁固結(jié)體系。

4　墩高25 m鋼箱梁墩梁固結(jié)體系

E1縱向地震作用下，中墩墩底軸力12 100 kN，彎矩14 900 kN·m，構(gòu)造配筋即可。E1橫向地震作用下，中墩墩底軸力6 100 kN，彎矩12 249 kN·m，構(gòu)造配筋即可。E2縱向地震作用下，中墩墩底軸力11 319 kN，彎矩65 621 kN·m，墩柱進(jìn)入塑性。E2橫向地震作用下，中墩墩底軸力20 829 kN(拉力)，彎矩52 320 kN·m，墩柱進(jìn)入塑性。

E2作用下，墩柱橫縱向均處于塑性，將墩柱配筋代入模型，進(jìn)行PUSHOVER分析。縱向PUSHOVER墩底彎矩為57 232 kN·m，延性墩柱沿順橋向剪力設(shè)計(jì)值為3 979 kN<墩柱承載力；墩柱在屈服過程中，樁基的最不利內(nèi)力為：彎矩2 741 kN·m，軸力3 782 kN(拉)，樁基配筋43φ25，鋼筋間距14 cm；剪力設(shè)計(jì)值為1 328 kN<樁基剪力承載力。橫向PUSHOVER墩底彎矩為30 710 kN·m，延性墩柱沿順橋向剪力設(shè)計(jì)值為3 200 kN<墩柱承載力；墩柱在屈服過程中，樁基的最不利內(nèi)力為：彎矩1 866 kN·m，軸力6 100 kN(拉)，樁基配筋42φ28，鋼筋間距14.3 cm；剪力設(shè)計(jì)值為1 215 kN<樁基剪力承載力。

5　墩高5 m混凝土箱梁墩梁體系

5.1　支座體系

E2縱向地震作用下，中墩墩底軸力14 429 kN，彎矩96 891 kN·m，墩柱進(jìn)入塑性；剪力19 437 kN。E2橫向地震作用下，中墩墩底軸力320 kN，彎矩39 571 kN·m，墩柱進(jìn)入塑性；剪力14 571 kN。E2作用下，墩柱橫縱向均處于塑性，將墩柱配筋代入模型，進(jìn)行PUSHOVER分析?？v向PUSHOVER墩底彎矩為58 829 kN·m，延性墩柱沿順橋向剪力設(shè)計(jì)值為11 351 kN<墩柱承載力。

墩柱在屈服過程中，樁基的最不利內(nèi)力為：彎矩5 056 kN·m，軸力7 609 kN(拉)，樁基配筋56φ32，鋼筋間距10.7 cm；剪力設(shè)計(jì)值為3 779 kN<樁基剪力承載力。橫向PUSHOVER墩底彎矩為34 798 kN·m，延性墩柱沿橫橋向剪力設(shè)計(jì)值為16 531 kN，接近2.5 m×2.5 m的墩柱斷面的極限抗剪承載力；墩柱在屈服過程中，樁基的最不利內(nèi)力為：彎矩10 039 kN·m，軸力11 098 kN(拉)，樁基配筋92φ32，兩圈鋼筋，接近斷面的極限承載力；剪力設(shè)計(jì)值為5 115 kN。

為了滿足抗震要求，墩柱和樁基的剪力較大，接近截面所能承受的最大荷載；樁基配筋較多。

5.2　墩梁固結(jié)體系

E2縱向地震作用下，中墩墩底軸力14 508 kN，彎矩93 520 kN·m，墩柱進(jìn)入塑性。E2橫向地震作用下，中墩墩底軸力2 912 kN(拉力)，彎矩37 068 kN·m，墩柱進(jìn)入塑性。E2作用下，墩柱橫縱向均處于塑性，將墩柱配筋代入模型，進(jìn)行PUSHOVER分析。縱向PUSHOVER墩底彎矩為59 204 kN·m，延性墩柱沿橫橋向剪力設(shè)計(jì)值為22 776 kN；墩柱在屈服過程中，樁基的最不利內(nèi)力為：彎矩12 400 kN·m，軸力13 680 kN(拉)；剪力設(shè)計(jì)值為7 600 kN。樁基承載力不足。橫向PUSHOVER墩底彎矩為37 346 kN·m，延性墩柱沿橫橋向剪力設(shè)計(jì)值為：屈服墩為12 479 kN，未屈服墩為33 843 kN，剪力設(shè)計(jì)值>結(jié)構(gòu)承載力；墩柱在屈服過程中，樁基的最不利內(nèi)力為：彎矩18 403 kN·m，軸力18 244 kN(拉)，結(jié)構(gòu)承載力不夠；剪力設(shè)計(jì)值為8 933 kN>樁基剪力承載力。

5.3　采用抗震支座

用非彈性鉸模擬摩擦擺抗震支座，用時(shí)程分析模擬地震作用。墩柱沿順橋向彎矩8 860 kN·m，剪力設(shè)計(jì)值為2 281 kN，小于墩柱承載力；樁基沿順橋向彎矩1 273 kN·m，剪力設(shè)計(jì)值為780 kN，小于樁基剪力承載力。墩柱沿橫橋向彎矩18 743 kN·m，剪力設(shè)計(jì)值為6 500 kN，小于墩柱承載力；樁基沿橫橋向彎矩12 757 kN·m，剪力設(shè)計(jì)值為570 kN，小于樁基剪力承載力。由此可見，采用摩擦擺抗震支座可以有效地減隔震，減小下部結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。

6　結(jié)語

綜合以上計(jì)算分析，墩高25 m鋼箱梁橋應(yīng)采用墩梁固結(jié)體系；墩高10 m～12 m采用盆式支座或墩梁固結(jié)均可，推薦采用墩梁固結(jié)；墩高小于8 m時(shí)，宜采用盆式支座體系或摩擦擺抗震支座，墩高小于5 m時(shí)，盆式支座及墩梁固結(jié)均不滿足抗震需求，采用摩擦擺抗震支座。