橋梁樁基抗震動力特性分析驗算

關鍵詞：橋梁 樁基 抗震 動力特性 

　　樁基礎在公路、鐵路和城市橋梁工程建設中被普遍采用。其抗震性能作為橋梁整體結構抗震中最重要的一項，對提高結構抗震性能，減輕震害有著重要的影響。對樁基動態(tài)特性進行分析時，考慮樁土相互作用，根據(jù)m法對樁基土彈簧進行模擬，得出地震力作用下樁基礎的水平力、彎矩以及剪力。另外根據(jù)樁基的實際尺寸、配筋以及實際受力等狀態(tài)擬定出樁基的彎矩與曲率關系圖，計算出構件的承載值。 從而與地震作用下的荷載對照 ，對樁基抗震進行精確的分析與驗算。 

　　1、工程概述 

　　巢湖市跨后河河口大橋上部結構為（42.5+69.48+42.5）m變截面連續(xù)梁，由中間單箱雙室梁及兩側單箱單室梁組成。支座采用GXP盆式支座，下部結構橋墩和樁基礎采用C30混凝土，普通鋼筋采用R235和HRB335鋼筋。1號、2號墩樁基長35m，直徑1.3m。地基土層從上之下有，粉質粘土層，細砂層，卵石層、漂卵石層以及強分化千枚巖層。 

　　2、有限元模型分析與驗算 

　　2.1 結構抗震模型前處理 

　　全橋的各構件共有1700個單元，1703個節(jié)點構成。盆式橡膠支座考慮初始剛度影響，依據(jù)規(guī)范《公路橋梁抗震細則 JTG B02-01-2008》6.3.7條計算和取值，采用彈性連接模擬。樁土相互作用用土彈簧模擬，忽略阻尼和剛度特性的影響。根據(jù)地基土層特性，通過“m”法計算樁基節(jié)點彈性支撐的順橋向剛度與橫橋向剛度。 

　　巢湖市地震基本烈度為Ⅶ度，地震反譜特征周期為0.35s，地震動峰值加速度值為0.10g，模態(tài)疊加時采用CQC法。建立地震反應譜曲線E1、E2，對結構進行反應譜分析。 

　　2.2結構抗震模型后處理 

　�。�1）荷載標準：永久作用包括自重與二期恒載，偶然作用包括7度烈度E1和E2地震作用下加速度反應譜。荷載組合如下： 

　　組合Ⅰ：恒載+E1縱向與豎向作用組合；組合Ⅱ：恒載+E1橫向與豎向作用組合；組合Ⅲ：恒載+E2縱向與豎向作用組合；組合Ⅳ：恒載+E2橫向與豎向作用組合。豎向輸入取為水平向輸入反應譜的1/2 。 

　�。�2）荷載作用下內力值 

　　選取1#、2#墩樁基頂端與承臺結合處截面1、2為樁基最不利截面。通過模擬軟件，分別計算各工況下截面內力值。 

　�。�3）樁基抗震驗算 

　　根據(jù)地震作用下樁基的實際軸力值，通過XTRCT軟件，擬定樁基的彎矩與曲率變化關系，得到初始屈服彎矩與等效屈服彎矩值[4]。 

　　樁基的抗剪承載性能通過加州規(guī)范中計算圓形截面抗剪公式[5]。 

　　注：在E1地震作用下，屈服彎矩為初始彎矩值；E2地震作用下，屈服彎矩為等效彎矩值。 

　　由上述驗算，通過對樁基動力分析，得到以下結論：在E1地震作用下的結構安全系數(shù)均大于1；在E2地震作用下結構安全系數(shù)均大于1，結構滿足E1及E2地震作用下的抗震性能要求。 

　　3、結論 

　�。�1）橋梁樁基抗震前期模型模擬中，要注重對支座的準確模擬。盆式支座可根據(jù)其臨界活動摩擦力，采用理想彈塑形彈簧單元模擬。 

　�。�2）m法對樁基土彈簧進行模擬，要根據(jù)實際的土層地質勘測材料。才能較真實地模擬出地震作用下的樁土相互作用。 

　　（3）地震作用下的樁基內力值，在輸入E2反應譜作用時達最大值。所以橋梁樁基抗震內力應有E2控制。 

　　參考文獻： 

　　[1]公路橋涵抗震設計細則JTG/T B02-01-2008，人民交通出版社，2008 

　　[2]邱順東.橋梁工程軟件midas Civil 常見問題解答[M].北京：人民交通出版社，2009 

　　[3]趙凱，橋梁樁基基礎的剛度計算及有限元模擬，EngAppp-003，2009 

　　[4]楊紅.地震作用下基于節(jié)點彎矩平衡方式的框架柱屈服機理分析，重慶建筑大學學報，2000 

　　[5]劉同焰.圓形截面混凝土結構抗剪承載力計算方法探.合肥工業(yè)大學出版社，2007