基于Midas/Civil的橋梁下部結(jié)構(gòu)抗震計算分析與研究

 基于Midas/Civil的橋梁下部結(jié)構(gòu)抗震計算分析與研究

摘要：文章以中山市石岐區(qū)廣豐工業(yè)大道南六涌橋為工程背景，運用有限元軟件Midas/Civil建立模型，根據(jù)抗震規(guī)范要求，運用反應(yīng)譜法對橋梁下部墩柱分別進行E1、E2地震力作用下的受力分析，以指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計。 

　　關(guān)鍵詞：Midas/Civil；橋梁下部結(jié)構(gòu)；抗震計算 

　　中圖分類號：U442 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）09-0005-03 

　　1 工程概況 

　　本工程位于中山市石岐區(qū)岐港片區(qū)，廣豐工業(yè)大道（石岐段）上，跨越現(xiàn)狀南六涌，河涌寬約38m。根據(jù)水利及航道部門技術(shù)要求，南六涌無通航要求，水位受水系的水閘控制，設(shè)計洪水位取2.3m。根據(jù)現(xiàn)狀河道走向、地形及周邊環(huán)境，擬建橋梁與主河道斜交，約成30度角。橋跨布置為3×16m預(yù)應(yīng)力砼簡支空心板梁橋，共兩幅，每幅橋?qū)?0m。下部結(jié)構(gòu)采用樁柱式橋墩，直徑1m的柱接1.2m的鉆孔灌注樁，橋臺采用薄壁式臺，樁基礎(chǔ)，臺前設(shè)4m長的M7.5漿砌片石鋪砌，臺后用碎石與粗砂混合料回填。 

　　圖1 廣豐工業(yè)大道南六涌橋立面圖 

　　擬建橋梁兩側(cè)均有水泥路到達場地，交通較方便，原始地貌單元為珠江三角洲海陸交互沉積平原，地形開闊，無池塘、坑道、土洞等不良地質(zhì)。區(qū)域內(nèi)水網(wǎng)密布，地表水系發(fā)育，地下水對混凝土結(jié)構(gòu)無腐蝕性。 

　　2 技術(shù)指標(biāo) 

　　安全等級：二級； 

　　設(shè)計基準(zhǔn)期：100年； 

　　環(huán)境類別：Ⅰ類環(huán)境； 

　　設(shè)計速度：50； 

　　設(shè)計荷載：公路-Ⅰ級； 

　　凈空：無通航凈空要求； 

　　地震動峰值加速度：0.1g。 

　　3 結(jié)構(gòu)荷載取值 

　　3.1 永久作用 

　　橋梁永久荷載考慮上部板梁自重及二期恒載，二期恒載包括橋面鋪裝和欄桿等，以均布荷載形式加載，合計95.4KN/m。下部橋墩自重�；炷�土容重取26kN/m3，計算時將荷載轉(zhuǎn)化為質(zhì)量。 

　　3.2 地震計算參數(shù) 

　　根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001）、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2001）等相關(guān)資料，本項目區(qū)域地震基本烈度Ⅶ度（加速度取0.10g）。按《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（GB18306-2001）》表3.1.2判定本橋梁按照B類橋梁進行抗震設(shè)防設(shè)計。 

　　本橋所在地抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，場地類型為Ⅱ類，根據(jù)《抗震細則》的9.3.6條規(guī)定：“混凝土梁橋、拱橋的阻尼比不宜大于0.05”，因此在這里取阻尼比為0.05。 

　　按《公路橋梁抗震設(shè)計細則》6.1.3，本橋?qū)儆谝?guī)則的常規(guī)橋梁，抗震分析采用多振型反應(yīng)譜法，水平設(shè)計加速度反應(yīng)譜S由下式（規(guī)范5.2.1）確定： 

　　式中： 

　　Tg—特征周期（s） 

　　T—結(jié)構(gòu)自振周期（s） 

　　—水平設(shè)計加速度反應(yīng)譜最大值 

　　Ci—抗震重要性系數(shù) 

　　Cs—場地系數(shù) 

　　Cd—阻尼調(diào)整系數(shù) 

　　A—水平向設(shè)計基本地震加速度峰值 

　　反應(yīng)譜擬合的相關(guān)參數(shù)見表1： 

　　4 工況組合 

　　永久作用，主要考慮：上部結(jié)構(gòu)重力（恒載）、預(yù)應(yīng)力作用、土壓力。 

　　地震作用，地震動作用以及地震土壓力。 

　　E1地震作用：永久作用+地震作用； 

　　E2地震作用：永久作用+地震作用+支座摩阻力； 

　　圖2 E1地震作用加速度反應(yīng)譜 

　　圖3 E2地震作用加速度反應(yīng)譜 

　　4.1 計算軟件及模型 

　　本次計算選取Midas/Civil2013有限元軟件，建立全橋整體有限元模型，考慮結(jié)構(gòu)整體抵抗縱、橫向地震作用的影響，模態(tài)組合采用CQC法。利用軟件土彈簧工具模擬樁-土之間的相互作用，以達到最大限度真實的模擬下部樁基礎(chǔ)；全橋模型如圖4所示： 

　　圖4 廣豐工業(yè)大道南六涌橋橋midas有限元模型 

　　5 計算結(jié)果 

　　5.1 E1地震作用縱、橫橋向橋墩強度計算（抗震規(guī)范7.3.1） 

　　根據(jù)計算結(jié)果，在最不利荷載組合工況下，E1地震順橋向彎矩包絡(luò)圖及最大受力情況如圖5和表2所示。 

　　從橋墩順橋向驗算結(jié)果表中可以看出在E1地震作用下：橋墩強度滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。 

　　根據(jù)計算結(jié)果，在最不利荷載組合工況下，E1地震橫橋向彎矩包絡(luò)圖及最大受力情況如圖6和表3所示。 

　　圖5 E1地震順橋向彎矩包絡(luò)圖 

　　圖6 E1地震橫橋向彎矩包絡(luò)圖 

　　從橋墩橫橋向驗算結(jié)果表中可以看出在E1地震作用下：橋墩強度滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。 

　　5.2 E2地震作用下墩柱抗震強度驗算（抗震規(guī)范7.3.4） 

　　根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計細則》（JTG/TB02-01-2008））第7.3.4條進行墩柱順橋向、橫橋向斜截面抗剪強度驗算。柱頂、底塑性加密區(qū)箍筋采用直徑14mm鋼筋，間距8cm； 

　　=0.1×（2×1.5390）×200×280/8=2154.6kN 

　　=0.067××22166.4=7184.2kN 

　　< 

　　=0.85×（0.0023××22166.4+2154.6）=2041.0kN 

　　< 

　　根據(jù)計算結(jié)果可以看出，墩柱塑性鉸區(qū)域斜截面抗剪強度滿足規(guī)范要求。 

　　5.3 E2地震作用墩頂位移驗算（抗震規(guī)范第7.4.6條） 

　　在E2地震作用下，屬于規(guī)則類的常規(guī)橋梁可按下式驗算橋墩墩頂位移： 

　　Δd≤Δu 

　　式中： 

　　Δd——在E2地震作用下墩頂?shù)奈灰疲╟m） 

　　Δu——橋墩容許位移（cm）； 

　　E2地震作用下，墩頂?shù)捻槝蛳蚝蜋M橋向水平位移按抗震規(guī)范第6.7.6條計算，。計算結(jié)果如表4 

　　所示。 

　　計算表明，E2地震作用墩頂位移滿足要求，墩柱塑性鉸區(qū)域的塑性變形能力滿足規(guī)范要求。 

　　6 計算結(jié)論 

　　通過進行結(jié)構(gòu)有限元分析表明，在規(guī)范地震荷載作用下，現(xiàn)設(shè)計圖紙下部墩柱的結(jié)構(gòu)構(gòu)造及配筋滿足規(guī)范要求，達到設(shè)防目標(biāo)，結(jié)構(gòu)設(shè)計安全可靠。 

　　參考文獻 

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