高地震区公路桥梁抗震设计探讨

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收稿日期：2019-
08-22文章编号：1001－7291（2019）05－0068－02
文献标识码：B
高地震区公路桥梁抗震设计探讨
贺国银1
刘
璐
2
（1.重庆市市政设计研究院，重庆400020； 2.中国城市建设研究院有限公司重庆分院，重庆400020）
摘要：介绍我国目前阶段桥梁抗震设防目标、分类、标准及抗震设计概念。

通过具体的工程实例进行两阶段的抗震设防建模、结构抗震验算，以此得出在高地震区工程设计中应注意的关键事项。

关键词：高地震区；铅芯橡胶支座；P －M 屈服面
1
我国桥梁抗震设防目标及设防分类和设防标准对于桥梁工程，确定抗震设防标准时，基于合理安全度原则，一般应考虑以下三方面因素：
（1）根据桥梁的重要性程度确定该结构的设计基准期；
（2）地震破坏后，桥梁结构功能丧失可能引起次生灾害的损失；
（3）建设单位所能承担抗震防灾的最大经济能力。

目前表示抗震设防标准的方法有两种：一种是用超越概率来表示，另一种是确定性的，直接用地震动的峰值加速度来表示。

在我国各行业的抗震规范中，普遍采用超越概率来表示，它包括了设计基准期和超越概率两个参数。

2
大桥的抗震概念设计（1）抗震结构
①硬抗（弹性抗震），结构在弹性范围内工作。

②延性抗震，允许部分构件进入延性。

（2）减隔震结构（被动控制，减震装置和隔震装置搭配使用），结构基本在弹性范围内工作。

（3）其他（主动控制及混合控制）
①使用了整体型减隔震装置———铅芯橡胶支座来代替传统的板式橡胶支座。

②将横向挡块和主梁设置比较大间隙，并在中间填充橡胶缓冲垫。

③在桥台部位采用防落梁装置作为地震效应下防止落梁保护屏障。

3工程实例
3.1
桥梁工程概况及空间模型建立
本桥跨径（4ˑ16m ）+（4ˑ16m ），如图1。

上部采用预应力混凝土先简支后桥面连续空心板梁，
单孔横向10片梁。

下部构造：桥墩采用柱式墩钻孔
灌注桩基础；桥台采用组合式桥台，φ1.5m 钻孔灌注桩基础。

图1全桥空间有限元模型
大桥采用有限元计算分析程序，根据桥梁结构的总体构造布置，建立全桥动力特性和地震反应分析的三维有限元分析模型。

第5期（总第239期）华东公路No．5（Total No．239）
2019年10月20日EAST CHINA HIGHWAY
October 2019
3.2
铅芯橡胶支座模拟分析
本次铅芯橡胶支座地震响应分析的方法采用非线性时程分析，可较真实地考虑支座的非线性行为。

3.3
桩 土作用的考虑
使用分层文克尔土弹簧模型模拟桩基础：K i =mb 1（z +z 0）h i
式中
K i ———每层土弹簧的刚度系数；
h i ———每层土的厚度。

依据《公路桥梁抗震设
计细则》第6.3.8条，动力计算时，土抗力的取值比
静力大，一般取m 动（2－3）m 静，本文拟取2.5。

3.4
地震动参数
（1）标准设计加速度反应谱曲线
当地地震安评部门提供的阻尼比0.05标准反应谱曲线。

（2）标准设计地震动时程
依据《公路桥梁抗震设计细则》第5.3.2条，为考虑地震动的随机性，设计加速度时程不得少于三组（A 波 C 波），且应保证任意两组间同方向时程的相关系数ρ的绝对值小于0.1。

本文采用A 波进行建模分析。

如图2。

图2波A 地震动时程
3.5计算结论
当考虑三向地震力同时作用时，除了竖向地震荷载会导致双柱墩和群桩轴力发生很大变化外，还由于在横桥向地震力作用下，双柱墩和群桩基础因为“框架效应”也会导致产生很大的轴拉力，双柱墩和桩群可通过截面的P －M 屈服面来进行判别，其中屈服面以首根钢筋受拉屈服定义。

对于5号圆形墩柱，因为截面双向均对称且一样，所以分为两种最不利情况来对截面进行验算即（1）受最大轴拉力截面；（2）受最大弯矩截面。

从图4中可看出，圆形墩柱在地震波A 作用下，截面最不利弯矩及最不利轴力内力均被抗力所包络，截面性能满足要求。

图3
波－A 最不利弯矩P －M 曲线
图4
波－A 最不利轴力P －M 曲线
4
结论及建议
（1）本桥桥址在高烈度区，采用了整体形减隔
震装置铅芯橡胶支座来延长结构地震作用下的自振周期并消耗地震能量。

在小震作用下，各个构件均在弹性范围内，满足小震作用下的性能目标。

（2）在大震作用下，各个构件均在弹性范围内工作，隔震支座的剪切变形均小于250%且稳定性符合要求，满足大震作用下的性能目标。

（3）当采用隔震装置后，隔震结构与非隔震结构相比，周期得到延长，基本达到了隔震效果。

（4）结构需加大墩柱截面配筋以满足大震下的抗弯承载力。

（5）横向挡块间距应加大，以保证支座发生足够的变形消耗地震能量。

参考文献
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2019年第5期贺国银等：高地震区公路桥梁抗震设计探讨—69—。