地铁高架桥梁抗震性能分析报告

北京地铁十四号线

芦井路站至张仪村站跨丰沙铁路高架区间桥梁抗震性能分析报告

浙江大学建筑工程学院交通工程研究所二O一二年四月杭州

北京地铁十四号线

芦井路站至张仪村站跨丰沙铁路高架区间

桥梁抗震性能分析报告

报告编写：谢旭，王彤，殷平

浙江大学建筑工程学院交通工程研究所

二O一二年四月杭州

目录

1 工程概况 (1)

1.1 概况综述 (1)

1.2 主要材料 (3)

2 研究内容、规范及标准 (3)

2.1研究内容 (3)

2.2计算程序 (4)

2.3 参考规范及技术标准 (4)

3 抗震设防目标 (4)

4 地震动参数 (5)

4.1设计地震加速度反应谱曲线 (5)

4.2设计地震动时程 (6)

5 抗震安全性验算要求 (9)

5.1多遇地震作用时的强度要求 (9)

5.2罕遇地震作用时的支座强度 (10)

5.3罕遇地震作用时的变形要求 (10)

6 桥梁地震反应分析 (11)

6.1结构有限元计算模型的建立 (11)

6.1.1 有限元计算模型 (11)

6.1.2 截面的弯矩-曲率关系 (13)

6.1.3 阻尼 (15)

6.1.4 边界条件 (16)

6.1.5 结构动力特性 (16)

6.2多遇地震作用下的结构内力计算 (18)

6.3多遇地震工况下结构强度验算 (18)

6.4罕遇地震作用下桥墩延性验算 (19)

6.4.1 墩底屈服状态判别 (19)

6.4.2 延性验算 (19)

6.4.3 弯矩曲率曲线关系图 (20)

6.5支座强度验算 (24)

7 结论 (25)

1工程概况

1.1概况综述

北京地铁14号线是北京市轨道交通线网中一条连接东北、西南方向的轨道交通“L”型骨干线，其定位为大运量等级的线路，既服务于中心城中心地区，同时服务于外围的边缘集团，其兼顾交通疏解和引导发展的功能。线路沿线经过丰台、东城、朝阳三个行政区。线路西起丰台区永定河以西的张郭庄，终点为朝阳区的善各庄，线路全长47.7km，共设车站36座。

受北京城建设计研究总院有限公司的委托，浙江大学建工学院交通工程研究所承担了地面高架桥梁的结构地震响应分析计算工作。本报告为计算条件、计算模型以及地震响应计算结果的汇报。

本段高架桥共计1联预应力混凝土连续刚构及两跨简支梁，其中，刚构桥为双等跨布置，每跨84m，采用转体施工方法。CY56、CY57、CY59、CY60采用和区间标准桥墩外形一致的Y形桥墩，CY58采用矩形板墩。桥梁墩台尺寸见表1-1。

表1-1 桥墩尺寸表

图1-1 桥梁立面图

（a）CY57

（b）CY58

（c）CY59

图1-2 桥墩正立面、侧立面、横断面

1.2主要材料

（1）混凝土

墩柱：C45混凝土，E＝33500 MPa，γ＝24.5kN/m3。

承台、桩：C30混凝土，E＝30000MPa，γ＝24.5kN/m3。

主梁：C50混凝土，E＝34500 MPa，γ＝24.5kN/m3。

（2）普通钢筋

桥墩纵筋、箍筋均采用HRB335钢筋。

2研究内容、规范及标准

2.1研究内容

本报告主要进行了以下三方面的工作：

（1）桥梁动力特性分析。

（2）桥墩柱在多遇地震（50年超越概率63%）作用下的弹性时程分析（强度验算）。

（3）桥墩柱在罕遇地震（50年超越概率2%）作用下弹塑性时程分析（包括支座强度验算和延性验算）。

为了模拟结构整体的地震响应，计算以全桥为对象，考虑两侧的简支跨的影响。为了简化建模及计算过程，将原来的曲线桥等效为直桥建模计算。本报告仅对预应力混凝土连续

刚构桥进行分析验算，由于简支梁结构较简单，简支梁边墩的计算在本报告中不包括。2.2计算程序

北京地铁14号线跨丰沙铁路高架段桥梁抗震计算采用桥梁抗震分析专用软件UC-win/FRAME(3D)。

2.3参考规范及技术标准

（1）《铁路桥涵设计基本规范》TB10002.1-2005

（2）《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB10002.3-2005

（3）《铁路工程抗震设计规范》GB50111-2006（2009年版）

（4）《公路桥梁抗震设计细则》JTG/T B02-01-2008

（5）《北京地铁14号线高架区间（K0+153~K1+619）（01合同段）岩土工程勘察报告》（6）《北京地铁十四号线工程场地地震安全性评价报告》2008.11，中国地震局地球物理研究所，编号TRIDES-AP-08032

（7）《地铁设计规范》GB50157-2003

3抗震设防目标

根据《地铁设计规范》第9.2.19条规定，地铁结构物的地震作用应根据《铁路工程抗震设计规范》的相关规定进行计算。因此，本桥的抗震计算根据《铁路工程抗震设计规范》确定抗震设防目标，各阶段的设防目标具体如表3-1所示。

表3-1 桥梁抗震设防目标

4 地震动参数

4.1 设计地震加速度反应谱曲线

输入地震动采用中国地球物理研究所编制的《北京地铁十四号线工程场地地震安全性评价报告》（2008年11月）给出的Ⅰ区段芦井路站～张仪村站三种不同超越概率评价结果，三种不同超越概率的地震动分别为50年超越概率为63%（相当于重现期50年）、50年超越概率为10%（相当于重现期475年）和50年超越概率为2%（重现期2475年），对应现行《铁路工程抗震设计规范》规定的多遇地震、设计地震和罕遇地震设计要求。

三种地震动的地表面反应谱为

()()max max max 1000

a m S T A T A βαβ=⎧⎪⎨

=⎪⎩ 其中，A max 为地震动峰值加速度，β(T)为地震动加速度放大系数反应谱，αmax 为地震影响系数最大值，且有：

()()00

011012221116m m

m T T T T T T T T T T T T T T T T s

T ββββ≤⎧

⎪

-⎪+-<≤-⎪

=⎨

<≤⎪⎪⎛⎫

<≤⎪

⎪⎝⎭⎩

地震动参数见表4-1，三种反应谱曲线如图3-1所示。

表4-1 地震动参数