抗震计算某匝道桥抗震分析报告(详细)

天津外环线东北部调线铁东路组合互通立交工程S匝道桥抗震分析报告

中交第一公路勘察设计研究院有限公司

2013年6月

目录

一、工程概况 (1)

二、摩擦摆支座的恢复力模型 (2)

三、摩擦摆支座的减隔震布置 (4)

四、自振特性分析 (4)

五、输入地震动 (7)

六、摩擦摆支座非线性时程分析 (9)

七、抗震性能验算 (11)

八、抗倾覆验算 (14)

九、地震E2作用下主梁验算 (15)

十、正常使用状态下主梁验算 (15)

十一、结论 (16)

一、工程概况

S匝道桥全桥共3联：4x27.489+(40+60+40)+3x21.789;第一联上部结构采用预应力砼(后张)连续箱梁;第二联上部结构采用钢箱梁;第三联上部结构采用钢筋混凝土连续箱梁,桥梁桩号里程为SK0+116.096~ SK0+431.419.本次计算第二联40+60+40钢箱梁部分.桥墩采用实体式桥墩,基础采用钻孔灌注桩基础.上部结构为单箱双室的等截面梁高,梁高为2.4米.桥面宽为10.5米,其中行车道宽为9.5米.7号墩为制动墩.抗震设防烈度为7度 ,场地特征周期为0.4s,场地类别为Ⅲ类.桥型布置及结构尺寸,见图1.1～图1.3.

图1.1 桥型布置图

图1.2 主梁横断面

图1.3 剖面示意

二、摩擦摆支座的恢复力模型

摩擦摆支座主要包括用限滑动螺栓、不锈钢材料的球形滑面滑槽、涂有Teflon材料的滑块以及用来与上部结构相连的盖板,其构造示意如图2.2 所示.摩擦摆支座通过球形滑动表面的运动使上部结构发生单摆运动,隔震系统的周期和刚度通过选取合适的滑动表面曲率半径来控制,阻尼由动摩擦系数来控制.

限滑动螺栓剪断前,摩擦摆隔震支座不发生滑动,在其支撑下的隔震桥梁结构

与普通桥梁结构相同;当地震将限滑动螺栓剪断后时,摩擦摆隔震支座发生位移.地震中摩擦摆支座的恢复力模型可简化成图2.3所示的双线性滞回模型.

图2.1 单摆工作原理

1-滑动曲面;2-抗滑螺栓;3-限滑块4-滑动块;5-上座板;6-下座板

图2.2 摩擦摆支座构造

图2.3 摩擦摆支座的滞回模型

图中,μ为动摩擦系数;

W 为竖向荷载;

Ki 为初始刚度 ,Ki = μW/ Dy;

Kfps为摩擦摆支座的摆动刚度 ,Kfps = W/

R;

R 为曲率半径,按式(2.1)计算;

Dy为屈服位移;

Dd为极限位移;

(2.1)

式中,T 为摩擦摆系统的隔震周期.

三、摩擦摆支座的减隔震布置

支座的布置示于图.

图3.1支座平面布置

四、自振特性分析

全桥有限元计算模型示于图4.1,其自振周期及相应振型列于表4.1,示于图4.2～图4.6,边界条件模拟为摩擦摆支座剪力螺栓未剪断.

图4.1 全桥有限元计算模型表4.1 自振特性一览表

五、输入地震动

E1水准地震时反应谱输入,E1做用下摩擦摆支座剪力螺栓未被剪断,按普通支座设置.见图5.1～图5.2.

图5.1反应谱参数

图5.2反应谱曲线图

E2 水准时程反应分析时输入的3 条地震波,见图5.3～图5.5.

六、摩擦摆支座非线性时程分析

1、摩擦摆支座设计技术参数

摩擦摆支座的主要设计参数,列于表6.1.依据表6.1 中的数值进行摩擦摆支座的技术参数初步设计.

摩擦摆支座的曲率半径R=1米时,摩擦摆系统的隔震周期T =2π=2s,约为隔震前结构周期(0.486745s)的4.1倍.

摩擦摆支座的摆动刚度：K fps= W/ R 取摩擦系数μ=0.03,摩擦力Fy=μW.

2、摩擦摆支座隔震非线性时程分析结果(E2作用)

非线性时程反应结果列于表6.2～表6.6.

表6.2 顺桥向时程反应

表6.3 横桥向时程反应

表6.4 顺桥向墩梁相对位移

表6.5 横桥向墩梁相对位移

表6.6 梁体位移

6.4.

图6.2 墩底顺桥向非线性弯矩时程

图6.4 墩底横桥向非线性弯矩时程七、抗震性能验算

1、桥墩的抗震验算

(1)桥墩的 强度 验算

图7.1桥墩配筋截面

固定墩E1地震作用控制设计,其验算列于表7.1、表7.2. 横桥向：

属于大偏心受压,75.05.23.03.0293.07

.1101.16108017x 6

3m h m b

f N cd =⨯=⨯〈=⨯⨯⨯=

=

m

KN N x

bx f a h A f cd s s sd *22531m *7.22531440)2

293

.025.2(293.07.1101.16)078.0422.2(1088.17610330)2

2h (

)(M 646'

0u ==-⨯⨯⨯⨯+-⨯⨯⨯⨯=-+-=-顺桥向：

属于大偏心受压,51.07.13.03.0199.05

.2101.16108017x 6

3

m h m b f N cd =⨯=⨯〈=⨯⨯⨯== m

KN m N x

h

bx f a h A f cd s s sd *19460*54.19459857)2

199

.027.1(199.05.2101.16)078.0662.1(1028.25710330)2

2(

)(M 6

46'

0u ==-⨯⨯⨯⨯+-⨯⨯⨯⨯=-

+-=-

表7.1 墩底顺桥向验算(E1作用)

表7.2墩底横桥向验算(E1作用

)

由上表可知,桥墩在E1水准地震作用下,墩底的 最大 弯矩小 于桥墩的 初始屈服弯矩,桥墩处于弹性状态,桥墩满足《城市桥梁抗震设计规范》的 E1条件下抗震设防要求.

7号墩E2地震作用控制设计,其验算列于表7.3、表7.4

.