裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁橋抗震性設(shè)計(jì)思路

王智明

（中鐵二院重慶勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，重慶 400023）

裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁橋在現(xiàn)代化橋梁建設(shè)領(lǐng)域中具有舉足輕重的地位，兼具結(jié)構(gòu)完整、施工便捷、經(jīng)濟(jì)效益高等多重優(yōu)勢(shì)。然而，由于地震災(zāi)害的擾動(dòng)性較強(qiáng)，易導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)甚至坍塌等異常狀況，因此做好抗震設(shè)計(jì)工作十分必要。

1 工程概況

云陽(yáng)縣內(nèi)環(huán)為城市組團(tuán)的重要連接渠道，可高效串聯(lián)舊城組團(tuán)、龍興組團(tuán)和北部新區(qū)組團(tuán)，在城市交道路體系中具有重要地位。根據(jù)計(jì)劃，分3期依次完成相應(yīng)路段的施工。其中，一期施工范圍為K0+000～K1+800，即青龍街道復(fù)興段，長(zhǎng)度為1.8km，采取城市主干道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，雙向四車(chē)道，設(shè)計(jì)速度為40km/h。

2 建模

地震易影響橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，甚至發(fā)生坍塌事故，現(xiàn)階段的支座形式豐富，在應(yīng)用時(shí)需兼顧自振周期、墩頂位移、支座剪切位移等多項(xiàng)指標(biāo)，展開(kāi)對(duì)比分析，提出可行的支座應(yīng)用方案。對(duì)此，通過(guò)軟件建模，分析橋梁在變形和內(nèi)力方面的具體情況，從而判斷支座的應(yīng)用效果，給設(shè)計(jì)及施工提供參考[1]。

以Midas Civil為主要建模工具，根據(jù)既有工程信息建模，主要結(jié)構(gòu)包含T梁、橋墩、承臺(tái)及樁基礎(chǔ)。此類(lèi)結(jié)構(gòu)均采取梁?jiǎn)卧M的方式，共創(chuàng)建1632個(gè)單元、2046個(gè)節(jié)點(diǎn)。模型基本情況如圖1所示。

圖1 橋梁結(jié)構(gòu)立面圖

通過(guò)點(diǎn)彈簧的方式對(duì)樁基形成約束，且在模擬期間充分關(guān)注樁間土所帶來(lái)的影響。對(duì)于非巖石地基，此地質(zhì)條件下的抗力系數(shù)與基礎(chǔ)埋深具有正比變化特性，可參照靜力計(jì)算方法，以相同的方法確定樁基點(diǎn)彈簧剛度[2]。

3 結(jié)果與分析

以橋梁自重和活載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為基本參考，分別對(duì)文章所提的三種支座（橡膠、盆式、減震）應(yīng)用狀態(tài)下的連續(xù)T梁橋抗震性能展開(kāi)分析，從中明確各自的應(yīng)用效果，確定合適的支座布置方式。支座布置方案具體如表1所示。

表1 不同類(lèi)型支座布置方案

3.1 墩頂位移分析

從連續(xù)T梁橋的結(jié)構(gòu)特性來(lái)看，橫橋向剛度明顯超過(guò)縱橋向剛度，若現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生地震災(zāi)害，此時(shí)橋梁縱向破壞的概率較高，為較普遍的質(zhì)量問(wèn)題。對(duì)此，在圍繞橋梁抗震性能展開(kāi)分析時(shí)，需重點(diǎn)考慮到墩頂?shù)目v向位移情況。經(jīng)計(jì)算，各方案對(duì)應(yīng)的墩頂縱向位移量如表2所示。

表2 不同方案墩頂位移計(jì)算結(jié)果 單位：mm

結(jié)合表2內(nèi)容展開(kāi)分析，對(duì)于減震支座和板式橡膠支座兩種形式，各自在2#、3#、4#墩頂最大水平位移方面的表現(xiàn)僅存在微小的差別，減震支座的橋墩存在較明顯的位移現(xiàn)象，其主要與該類(lèi)支座的大剛度特性有關(guān)。相比之下，板式橡膠支座能夠?qū)θ珮蚪Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生較強(qiáng)的約束力。對(duì)比方案一和方案二可知，若采用盆式活動(dòng)固定支座，此條件下墩頂水平位移相對(duì)較大。就方案二而言，雖然2#、4#的墩頂位移得到一定程度的控制，但3#墩的位移明顯偏高，為157.5mm，存在極為明顯的縱向變形現(xiàn)象，易破壞橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。對(duì)于方案四，其墩頂?shù)淖畲笏轿灰埔伯惓Ｆ?。因此，從縱向破壞的角度來(lái)看，在多種支座形式中，板式橡膠支座或減震支座所造成的結(jié)構(gòu)縱向破壞相對(duì)較小，有助于提高橋梁的抗震能力[3]。

3.2 內(nèi)力分析

根據(jù)各支座布置方案的特點(diǎn)，利用有限元軟件展開(kāi)計(jì)算分析，確定橋梁的縱向彎矩值，并取其中的最大值，由此展開(kāi)對(duì)比分析，從而探討不同支座形式下的橋梁內(nèi)力分布特點(diǎn)。匯總各項(xiàng)內(nèi)力計(jì)算數(shù)據(jù)，所得結(jié)果如表3所示。

表3 不同方案橋墩內(nèi)力計(jì)算結(jié)果 單位：kN·m

根據(jù)表3內(nèi)容展開(kāi)分析，就橋梁墩結(jié)構(gòu)最大縱向彎矩而言，板式橡膠支座和減震支座在此方面幾乎相同，主墩內(nèi)力分布具有均勻性，盡管橋梁受到地震災(zāi)害的影響，主墩的內(nèi)力分布依然可保持相對(duì)均勻的狀態(tài)，此時(shí)橋梁的抗震能力較強(qiáng)。若采取方案四，可以發(fā)現(xiàn)各墩的最大縱向彎矩并無(wú)明顯差異，但橋梁的總體受力性能略遜色于方案一和方案二。并且，若選擇的是方案二，此時(shí)應(yīng)用效果較好的有2#墩和4#墩，兩處結(jié)構(gòu)的最大縱向彎矩較小，但不足之處在于3號(hào)墩的最大縱向彎矩明顯偏高。

這表明，若采取的是盆式支座形式，橋墩各墩的縱向彎矩相對(duì)較大，易出現(xiàn)墩結(jié)構(gòu)受力不均的現(xiàn)象；若選擇的是板式橡膠支座或減震支座，橋墩縱向受力和內(nèi)力狀態(tài)都得到有效的改善，全橋的抗震性能良好[4]。

3.3 支座位移分析

根據(jù)各支座布置方案的特點(diǎn)，利用有限元軟件展開(kāi)計(jì)算分析，確定橋梁各墩支座位移情況，并取其中的最大值，展開(kāi)對(duì)比分析，從而探討不同支座形式下的支座位移變化特點(diǎn)。匯總各項(xiàng)計(jì)算數(shù)據(jù)，所得結(jié)果如表4所示。

表4 不同方案支座位移計(jì)算結(jié)果 單位：mm

由表4可知，隨著支座布置方案的變化，各自產(chǎn)生的支座位移量也發(fā)生較大幅度的改變。若為板式橡膠支座或兩個(gè)盆式活動(dòng)支座，可以發(fā)現(xiàn)此時(shí)各墩支座的位移量可維持在較小的狀態(tài)，各自的最大值依次為9.26mm和2.54mm；若選擇的是減震支座，則隨之出現(xiàn)各墩支座位移量異常增加的情況，各處不盡相同，最大為36.9mm。

方案二采取的是1個(gè)盆式固定支座+2個(gè)活動(dòng)支座的組合形式，可見(jiàn)各墩支座的位移量存在較顯著的差異，以3#墩最小，為3.2mm；但2#墩和4#墩均表現(xiàn)出支座位移偏大的特點(diǎn)，各自依次為121.5mm和124.2mm。這說(shuō)明若選擇的是板式橡膠支座，各墩墩頂?shù)淖冃瘟靠傻玫搅己玫目刂?，在地震作用下全橋的抗震性能良好，而在采?個(gè)盆式活動(dòng)支座時(shí)也具有相類(lèi)似的應(yīng)用效果；若為減震支座或是2個(gè)盆式活動(dòng)支座，則會(huì)帶來(lái)墩頂變形異常增加的情況，全橋穩(wěn)定性欠佳，受地震的破壞性作用，橋梁失穩(wěn)概率較大[5]。

4 總結(jié)

綜上所述，文章以有限元軟件建模分析為主要方法，從多個(gè)方面展開(kāi)對(duì)比分析，明確各類(lèi)型支座的應(yīng)用特點(diǎn)，以期給抗震設(shè)計(jì)提供參考?，F(xiàn)就文章研究?jī)?nèi)容作如下總結(jié)：

（1）若選用盆式支座，可以發(fā)現(xiàn)墩頂縱向位移量相對(duì)較大，最大值為157.6mm，削弱橋梁抗震能力；若選擇的是板式橡膠支座或減震支座，可有效解決墩頂縱向位移偏大的問(wèn)題。

（2）通過(guò)盆式支座的應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn)橋墩縱向彎矩明顯偏大，最大為16037.7kN·m；若選擇的是板式橡膠支座或減震支座，則能夠大幅度減小橋墩彎矩值，普遍集中在4811～5238kN·m，與此同時(shí)橋梁受力更為合理。

（3）應(yīng)用板式橡膠支座或選擇1個(gè)盆式活動(dòng)支座時(shí)，此條件下的橋梁支座變形量可得到有效的控制，各墩的變形差異較小，在發(fā)生地震災(zāi)害時(shí)橋梁的抗震性能良好。