某板式橡膠支座高架橋抗震計(jì)算分析

郭曙光

(沈陽市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司 沈陽市 110015)

板式橡膠支座在梁橋中應(yīng)用廣泛，支座通常設(shè)置在墩臺(tái)墊石之上，上部結(jié)構(gòu)直接擱置在支座之上，一般支座與墩梁間無連接措施，而在橋墩蓋梁、橋臺(tái)臺(tái)帽兩側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土擋塊以限制梁體橫向位移。選擇典型板式橡膠支座梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象，建立Midas Civil模型，對(duì)該橋進(jìn)行抗震分析，探討板式橡膠支座抗震分析時(shí)的承載性能、穩(wěn)定性能。

1 工程概況

該工程位于哈爾濱市道外區(qū)，本工程利用原二環(huán)部分原有高架橋，拆除部分東直路立交、先鋒路立交和公濱路立交及相應(yīng)部分橋梁引道，形成完善的東二環(huán)高架體系。主橋工程起點(diǎn)東直路，終點(diǎn)公濱路立交橋北側(cè)下橋處，全長6606m，先鋒路北段主橋標(biāo)準(zhǔn)斷面為0.5m(防撞欄)+16.6m(機(jī)動(dòng)車道)+0.5m(防撞欄)=17.6m(全寬)，雙向四車道；先鋒路南段主橋標(biāo)準(zhǔn)斷面為0.5m(防撞欄)+24.6m(機(jī)動(dòng)車道)+0.5m(防撞欄)=25.6m(全寬)，雙向六車道。高架橋主橋設(shè)計(jì)行車時(shí)速為每小時(shí)60km。高架橋擬采用預(yù)應(yīng)力簡支轉(zhuǎn)連續(xù)小箱梁、鋼梁等多種結(jié)構(gòu)型式。選取主線4×28m預(yù)應(yīng)力簡支轉(zhuǎn)連續(xù)小混凝土結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，橋?qū)?7.1m，平均墩高6m，PS89-PS92蓋梁下有3個(gè)橋墩，PS93蓋梁下有2個(gè)橋墩。

根據(jù)工程地勘資料文件可知，本橋的抗震設(shè)防烈度為7度。設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，設(shè)計(jì)特征周期值為0.45s，阻尼比0.05。按照《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 166-2011)的相關(guān)規(guī)定，此橋梁為規(guī)則橋梁?？拐鹪O(shè)防分類為乙類，抗震設(shè)防烈度為7度，抗震構(gòu)造措施取8度。采用A類抗震設(shè)計(jì)方法進(jìn)行抗震驗(yàn)算。

2 計(jì)算模型

本計(jì)算取高架橋4×28m預(yù)應(yīng)力簡支轉(zhuǎn)連續(xù)小混凝土結(jié)構(gòu)為設(shè)計(jì)對(duì)象，橋?qū)?7.1m，橋墩采用圓柱墩，平均墩高6m，支座采用板式橡膠支座，支座類型為GYZ350，用Midas Civil建立梁單元模型。

表1 板式橡膠支座參數(shù)表

結(jié)構(gòu)荷載為結(jié)構(gòu)恒載及地震力作用。模型中橋梁結(jié)構(gòu)恒載轉(zhuǎn)化為質(zhì)量。計(jì)算模型如圖1所示。

3 計(jì)算分析

根據(jù)《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 166-2011)的相關(guān)規(guī)定，此橋梁為規(guī)則橋梁?？拐鹪O(shè)防分類為乙類，抗震設(shè)防烈度為7度。采用A類抗震設(shè)計(jì)方法進(jìn)行抗震驗(yàn)算?？拐饦?gòu)造措施按地震基本烈度8度選取。根據(jù)地震類別、場(chǎng)地條件、橋梁結(jié)構(gòu)類型等條件計(jì)算得出水平設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜最大值Smax=2.25Aη2=2.25×2.2×0.1g×1.32=0.653g，設(shè)計(jì)加速度峰值PGA=Smax/2.25=0.29g。

3.1 E1抗震驗(yàn)算

根據(jù)《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 166-2011)第7.2.1條規(guī)定，E1地震作用下，應(yīng)按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 3362-2018)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D63-2007)規(guī)定驗(yàn)算橋墩。

E1地震作用下的反應(yīng)譜曲線如圖2。

E1地震作用下墩底反力如表2。

表2 橋墩底部內(nèi)力表

橋墩主筋采用單排直徑32mmHRB400鋼筋，箍筋采用6肢直徑12mmHRB400鋼筋，采用靜力驗(yàn)算，E1地震作用下的橋墩抗震驗(yàn)算滿足相關(guān)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 3362-2018)要求。

3.2 E2抗震驗(yàn)算

根據(jù)《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 166-2011)第7.2.1條相關(guān)規(guī)定要求，E2地震作用下，需要驗(yàn)算橋墩墩頂位移、橋墩斜截面抗剪、支座及其連接構(gòu)件、蓋梁承臺(tái)及基礎(chǔ)的強(qiáng)度驗(yàn)算。

E2地震作用下的反應(yīng)譜曲線如圖3。

E2地震作用下墩底反力如表3。

表3 橋墩底部內(nèi)力表

橋墩順橋向、橫橋向M-?曲線見圖4和圖5，由此判定橋墩仍處于彈性階段，未進(jìn)入塑性。

3.2.1橋墩墩頂位移驗(yàn)算

E2地震作用下，橋墩墩底仍處于彈性階段，未進(jìn)入塑性，根據(jù)《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 166-2011)規(guī)定，墩頂位移不作驗(yàn)算。

3.2.2橋墩抗剪驗(yàn)算

因?yàn)椤冻鞘袠蛄嚎拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 166-2011)未明確說明橋墩未進(jìn)入塑性的抗剪計(jì)算方法，故根據(jù)《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 166-2011)第7.4.2條，對(duì)橋墩進(jìn)行斜截面抗剪驗(yàn)算。

(1)橋墩順橋向抗剪驗(yàn)算

順橋向配置了6肢間距為10cm直徑12mmHRB400鋼筋，從Midas計(jì)算模型中提取E2地震作用下順橋向地震作用下的橋墩墩底內(nèi)力為：N=10834kN，F(xiàn)=2023kN。

根據(jù)《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 166-2011)式7.4.2-1驗(yàn)算：

Vc0=φ(Vc+Vs)

Vc0=2023kN

φ(Vc+Vs)=6781kN

故橋墩縱橋向斜截面抗剪滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 3362-2018)要求。

(2)橋墩橫橋向抗剪驗(yàn)算

順橋向配置了6肢間距為10cm直徑12mmHRB400鋼筋，從Midas計(jì)算模型中提取E2地震作用下順橋向地震作用下的橋墩墩底內(nèi)力為：N=10834kN，F(xiàn)=2023kN。

根據(jù)《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 166-2011)式7.4.2-1驗(yàn)算：

Vc0=φ(Vc+Vs)

Vc0=2129kN

φ(Vc+Vs)=6781kN

故橋墩橫橋向斜截面抗剪滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 3362-2018)要求。

3.2.3板式橡膠支座驗(yàn)算

(1)支座厚度驗(yàn)算

E2地震作用下，板式橡膠支座厚度驗(yàn)算按照《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 166-2011)第7.4.5條規(guī)定驗(yàn)算：

XB=XD+XH+0.5XT

支座厚度驗(yàn)算結(jié)果見表4。

(2)支座抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算

E2地震作用下，板式橡膠支座抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算按照《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 166-2011)第7.4.5條規(guī)定驗(yàn)算：

μdRb≥Ehzh

Ehzh=Ehze+Ehzd+0.5Ehzt

表4 支座厚度驗(yàn)算結(jié)果

支座抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)果見表5。

表5 支座抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果

4 結(jié)語

計(jì)算結(jié)果表明，本聯(lián)結(jié)構(gòu)在E1地震作用下，橋梁結(jié)構(gòu)滿足抗震要求，E2地震作用下，橋梁墩柱抗剪、承臺(tái)、樁基礎(chǔ)驗(yàn)算滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 3362-2018)要求，支座厚度、抗滑穩(wěn)定性不滿足《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 166-2011)要求。由此可見，需調(diào)整板式橡膠支座型號(hào)由GYZ350變?yōu)镚YZ450，需設(shè)置橋梁橫向限位裝置，限制橋梁上部小箱梁橫向移動(dòng)。

板式橡膠支座一般與橋墩和梁體之間無連接措施，支座厚度較薄，變位角小，地震作用下，板式橡膠支座梁橋容易發(fā)生支座變位、滑移，產(chǎn)生過大的墩梁相對(duì)位移，導(dǎo)致主梁移位、伸縮縫處相鄰梁體間的碰撞、擋塊破壞以及落梁等方面橋體破壞。所以采用板式橡膠支座橋梁需設(shè)置較強(qiáng)的橋梁的限位裝置，限制梁體的橫向移動(dòng)，防止擋塊破壞、落梁等病害發(fā)生。