第１３卷 第５期 ２０１３住 中 国水运 ＶｏＩ．１３ Ｎｏ．５ ２０１３ ５月 Ｃｈ ｉ ｎａ Ｗａｔｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｍａｙ 龙王沟大桥抗震分析 国祥明 ，李玉生 （１北京建达道桥咨询有限公司，北京ｌ０００１５， ２中交二公局第四工程有限公司，河南洛阳４７１０１３） 摘要：以龙王沟大桥为研究对象，结合大桥的结构受力特点， 对其进行了抗震分析。从实际工程角度出发，阐述 了抗震设计要点，对Ｔ型刚构的抗震分析有一定的参考价值。 关键词：Ｔ型刚构；设计要点；抗震分析 中图分类号：Ｕ４４２．５５ 工程概述 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ００６—７９７３（２０１ ３）０５—０２０９—０２ 一、反应谱理论：反应谱理论是美国学者在２０世纪４０年代 提出了计算地震力的一种理论，也称作动力法。它考虑了地 震时地面的运动特性与结构物自身的动力特性。反应谱方法 有两个基本步骤：首先是将结构振动方程进行振型分解，根 据场地或规范反应谱求出各振型反应的最大值；其次，结构 反应的最大值通过ＳＲＳＳ方法将各振型反应最大值组合得 到。 龙王沟大桥位于准格尔旗境内，为连接小沙湾水厂和薛 家湾的唯一通道，该桥的安全运营对保证水源路的畅通有着 重要意义。龙王沟大桥要跨越８０ｍ的深沟，桥梁跨径为２ ×６５ｍ，桥面布置为（Ｏ．２５ｍ栏杆＋１１＂１１＂人行道＋净８．５ｍ＋ｌｍ 人行道＋０．２５ｍ栏杆）＝１ ｌｍ。上部结构采用变截面预应力 混凝土Ｔ型刚构，墩梁固结。桥墩采用双肢实体矩形墩，桩 基础。抗震设防烈度：Ｖｌｌ度，地震动加速度峰值：０．１ｇ，设 计荷载为荷载等级：公路一Ｉ级，人群荷载一３．５ｋＮ／ｍ 。 反应谱理论采用的是以单质点体系在实际地震作用下的 反应为基础来分析结构反应的方法。Ｆ（ｔ）＝ｍａｔ（ｔ）式子表示在 地震过程中，质点水平地震作用的大小与方向随时间ｔ变化。 抗震设计中通常只需要地震作用的最大值，其值可以表示为 Ｆ＝ ｑｎ ＝（ｗ￣ｇ）ａｍ ＝ 其中 ｑ眦招。 反应谱分析目前使用的规范主要有～一“ ＪＴＧ／Ｔ Ｂ０２—０ １—２００８ 公路桥梁抗震细则设计 ，多模态反应谱分 析对于自由度为ｎ的线性弹性体系，在地面运动一致激励下， 其运动方程可表示为： 中， 图１桥型总体布置 二、结构设计 ０）ｊ＋ｆｃ脚）＋ ）｝：一 Ⅱ， （，）式 ｌＩｃｌ 】分别表示结构的ｎ维质量、阻尼和刚度矩阵。 ） ） （ｆ）分别维结构相对于地面的加速度、速度和位 移列向量；｛，）为影响向量，表示结构基础发生单位位移时 结构各节点的位移。 为了便于反应谱分析，必须用振型分解法对上式解耦， 将上式变换为Ｎ个的正规坐标方程。其中Ｙ，（『）、影） 分 上部结构：跨中梁高宜采用ｉ／４０－１／５ｏ的主跨跨径， 根部梁高宜采用１／１６－１／１８的主跨跨径，当主跨跨径大于 １ＯＯｍ小于２００ｍ时，梁高按照１．８次抛物线变化。对于２ ×６５ｍＴ型刚构相当于主跨为１ ３０ｍ刚构，因此跨中梁高取 ２．７ｍ，根部梁高取７．２ｍ，梁高按照１．８次抛物线变化。桥 宽为１ ｌｍ，悬臂２．５ｍ，箱梁底宽６ｍ。箱梁的底宽与梁高 之比小于４，采用单箱单室断面。箱梁顶板横坡与桥面横坡 一别为结构的第Ｊ振型的正规坐标和振型向量。将 ｏ）｝ （ｆ）＋２ ），ｒ，（ ） 式子，代入运动方程利用振型的正交条件可得： （ｆ）＋ （ｆ）＝一ｙ／ｉ（ｔ）。其中， ，， 分别表示结构第Ｊ 致，箱梁腹板铅垂，箱梁底板水平布置。箱梁顶板厚度为 振型的自振圆频率和阻尼比；，Ｊ为结构第Ｊ振型的振型参与 系数，， Ｉ】Ｉ￣Ｉ而ｊ ＬＭ 丽ｊ＇ＬＩｉ 。作用在结构第ｊ振型第ｉ质点的水平地 震力为： ： ， Ｋｈｍｉｇ，式子中∥ 相应于ｊ振型自振周期 的动力放大系数，可以根据第ｊ振型自振周期，按照动力系 放大数图中取值；Ｋ 为水平地震系数。反应谱组合进行线 性多模态反应谱分析时，地震作用效应（内力，位移），可以 ３０ｃｍ，底板厚度由３０ｃｍ按照１．８次抛物线变化至５５ｃｍ。 腹板厚度由４５ｃｍ变化至６５ｃｍ。主梁０号块横隔板宜设计 成柔性横隔板，每道横隔板厚度宜取５０ｃｍ。 下部结构：本桥由于地形原因，墩高仅３ｍ，刚度很大。 因此，桥墩采用双肢实体矩形墩，桩基础。顺桥向墩厚２ｍ， 按照ＳＲＳＳ方法得到，也即按照下式确定：Ｓ＝√∑Ｓ 。式中 ｓ为结构的地震作用效应， ，为结构第ｉ振型地震作用产生 的作用效应，所取的振型应确保在纵向横向获得９０％的质量 参与系数。 薄壁墩净距取２ｍ，其结构尺寸能够满足施工中不平衡弯矩 要求。横桥向墩宽６ｍ，３．５ｍ厚承台接６根２ｍ桩基。 三、基本理论 收稿日期：２０１３—０１－２６ 作者简介：国祥明（１９８１－），男，北京建达道桥咨询有限公司工程师。 李玉生（１９７９一），男，中交二公局第四工程有限公司工程师。 ２１Ｏ 中国水运 第１３卷 四、模型计算 依据 公路桥梁抗震设计细则 第６章中的抗震分析理 论，全桥考虑上部结构一下部结构的共同协同工作抵抗纵、横 桥向地震作用，通过刚度等效的方法模拟桩基础，建立全桥 动力分析模型。采用Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ ６．７．１软件对结构模型进 行加速度反应谱分析计算，模态组合采用ＳＲＳＳ法，顺桥向 桥台处采用盆式滑动橡胶支座。 图２计算模型 本桥跨径２ｘ６５ｍ，公路等级为四级，按 公路桥梁抗 震设计细则》３．１．２，本桥抗震设防类别为Ｃ类。 基于“１ＴＩ”法，根据 公路钢筋混凝土及预应力混凝土 桥梁设计规范 ＪＴＧ Ｄ６２—２００４第８．２．１条，考虑了桩土相 互作用，群桩基础的等效刚度，对桩基尺寸进行刚度等效模 拟，桩基具体尺寸详见表１。 表１下部基础群桩等效 １．Ｅ２地震作用下桥墩强度、裂缝验算 Ｅ２地震作用效应与永久作用效应组合后，桥墩最不利内 力如下： 表２ Ｅ２地震作用桥墩最不利内力 方向 位置 轴力（ＫＮ） 最大弯矩（ＫＮｍ） 剪力（ＫＮ） 配筋：主筋采用ＨＲＢ３３５直径２８ｍｍ的钢筋，横桥向 ２排，６０＋６０共１２０根。 采用桥梁博士软件，由于横桥向抗弯惯性矩很大，所以 只进行顺桥向截面抗震强度、裂缝验算。通过截面验算在Ｅ２ 地震作用下，墩顶、墩底强度，墩顶、墩底裂缝均能满足 公 路桥梁抗震设计细则＞）要求。 ２．Ｅ２地震作用下桥墩塑性铰区域斜截面抗剪强度验算 配筋：箍筋采用ＨＲＢ３３５直径１６ｍｍ的钢筋，间距 １０ｃｍ。 依据 公路桥梁抗震设计细则 ７．３．４条进行墩柱斜截 面抗剪验算，墩柱斜截面抗剪验算满足 公路桥梁抗震设计 细则 要求。 表３ Ｅ２地震作用斜截面抗剪数据表 顺 横 桥 桥 向 向 墩 墩 墩 墩 ３．Ｅ２地震作用下桩基础强度、裂缝验算 顶底 顶 底 Ｅ２地震作用效应与永久作用效应组合后，桩基最不利内 力如下： 鲫 丝 控 表４ Ｅ２地震作用下承台底最不利内力 舯 ７ ７ 弘 帅 ７ ７ ｉ ４ 配筋：主筋采用１圈ＨＲＢ３３５直径２８ｍｍ的钢筋，共 ４０根。 考虑桩土相互作用，采用“１１＂３．”法，分配桩顶反力。 表５顺桥向桩顶内力 ３ ” ３ ７ ７ ∞ Ｅ２地震作用下桩基抗震强度、裂缝验算均能满足 公路 桥梁抗震设计细则》要求。 五、结束语 通过对结构模型进行加速度反应谱分析，模态组合采用 ＳＲＳＳ法，经抗震验算，结构能够满足ＪＴＧ／Ｔ Ｂ０２—０ １—２００８ 公路桥梁抗震细则设计 要求。 参考文献 …徐君兰，顾安邦．连续刚构桥主墩刚度合理性的探讨Ｕ１． 公路交通科技，２００５，（２）：９１—９２． 【２】王伟华，杨永平，王海蛟．悬浇变截面预应力混凝土连续 刚构桥设计的几点体会Ｕ】．黑龙江交通科技，２００５，（２）： １００－１Ｏ１． ［３１刘明虎．改善矮主墩连续刚构结构受力的措施及可行性探 讨 公路交通科技，２００４，（１）：５６—５８． 【４】曾国熙．地基处理技术【Ｍ Ｊ．北京，中国建筑工业出版社， ２００１． 【５１ＬＩＴＧ Ｄ６２—２０（）４，钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范 ［ｓＪ． 『６赵大亮，李爱群，丁幼亮等．大跨度桥梁地震反应谱的发 ６１展 公路交通科技，２００６，２３（２）． 【７Ｊ ＪＴＧ／Ｔ Ｂ０２—０１—２００８，公路桥梁抗震细则设计【ｓＪ． Ｉ８１赵大亮．温差对预应力混凝土箱梁桥可靠性的影响Ｕ１．世 界桥梁，２０１１，（２）：３８—４２． 【９】管义军，李国平，李芳元．大跨连续刚构桥箱梁抗剪性能 数值分析卟桥梁建设，２００６，（２）：４６—４９．
