矮墩桥梁的抗震设计与计算

【摘 要】以3×30m连续梁桥为例，在桥墩高度为5m时，建立该桥的三维有限元模型。桥梁主梁和桥墩通过弹性连接来模拟桥梁支座，考虑土和桩基的相互作用，通过土弹簧来模拟，并在桥梁横向和纵向两个方向输入地震作用。采用反应谱法进行分析。

【关键词】桥墩；抗震设计；有限元；反应谱分析

【Abstract】This is a study on the building of the three-dimensional finiteelement model. It takes the continuous beam bridge which is 3×30m in length and 5m in height as an example. The bridge bearings are supposed to be constructed by elastic connect-ion of the bridge girder and pier. To take the bridge as a whole， the interaction between soil and pile foundation should be put into consideration. Soil spring is used to simulate the model， and the seismic effect is input in horizontal and vertical direction of the bridge. The data are analyzed by response spectrum method.

【Key words】Pier； Seismic design； Finiteelement； Response spectrum analysis

桥梁在抗震设计中不仅要考虑安全性，还要考虑经济上的要求，因此，我们在桥梁设计过程中，既要保证桥梁在地震作用下，其破坏程度要在我们能接受的范围内，还要保证抗震设防中的资金不能太多。在诸多的抗震方法设计中，反应谱分析和时程分析法是抗震设计中最常用的两种方法，而反应谱分析法是最传统的一种方法，因此，本文就利用反应谱分析法对桥梁在不同桥墩高度的桥梁进行抗震分析。

1 桥梁概况

某桥梁为3×30m连续箱梁，主梁采用单箱多室，主梁采用C50混凝土，桥墩为H型，墩高为4m，墩柱的截面尺寸为1.7×1.7m，桥墩采用C40混凝土，承台尺寸为10.3×6.4×2.5m，承台采用C30混凝土，桩基桩径为1.5m，桩长38m，桩基采用C30混凝土。本模型桥墩墩柱主筋采用Φ28，箍筋采用Φ16，桩基主筋采用Φ25，承台纵桥向双排Φ25，横桥向双排Φ22。

2 模型建立

利用midas2011建立有限元模型，主梁采用杆单元进行模拟，主梁划分了122个单元，采用弹性连接来模拟支座，弹簧刚度根据采用的支座进行计算，使上部结构和下部结构形成一个整体，采用土弹簧来模拟土和桩基的相互关系。模型如图1所示。

3 地震动输入

规范参照CJJ 166-2011《城市桥梁抗震设计规范》，采用反应谱分析计算[1]。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）[2]，本桥梁所在地区的地震加速度峰值为0.1g，此桥梁抗震设防类别为乙类，场地类型为Ⅱ类，抗震重要性系数E1为0.61，E2为2.2[3]。

根据CJJ 166-2011《城市桥梁抗震设计规范》E1设计输入反应谱见图2。

根据CJJ 166-2011《城市桥梁抗震设计规范》E2设计输入反应谱见图3。

对于高宽比小于2.5的桥墩，我们一般称之为矮墩，在进行抗震设计之后，还应根据计算结果进行桥墩、承台、桩基的强度验算。

4 抗震验算

4.1 E1、E2作用下桥墩的承载力验算

通过有限元分析，桥墩在E1作用下承载力都能满足规范要求，在E2作用下桥墩的验算如表1。

从表中可知，桥墩的抗压承载力不满足规范要求，因此还需要对桥墩进行位移和抗剪承载力验算。

4.2 墩柱抗剪承载力计算

根据桥梁抗震性能的计算规则，对桥墩关键截面进行抗剪承载力计算，首先绘制桥墩的弯矩―曲率曲线，并利用通过模型计算的结果进行判断，然后确定桥墩的塑性铰区域，由于在塑性铰位置，桥墩截面的刚度已经减小，因此采用等代刚度法进行内力计算[4]，然后将截面刚度进行折减，通过假设计算，直至计算结果与等代刚度的计算结果一致为止。根据此时的截面刚度进行墩柱的塑性变形的验算。并查看结果是否满足要求。

4.3 墩顶位移验算

经过计算，墩顶横桥向位移为0.007m，容许位移为0.02m，墩顶纵桥向位移为0.015m，容许位移值为0.022m，因此，墩顶位移满足规范要求。

5 结论

本文通过模型分析进行矮墩桥梁的抗震计算，经过在E1、E2作用下的抗震计算，位移满足要求，在E2作用下抗压承载力不满足，此时计算桥墩的抗剪承载力，利用等代刚度法计算在塑性铰区的承载力，此时桥墩已进入塑性变形，不再适用于弹性计算，截面刚度已经减小，然后假设截面刚度，进行试算，得出与等代刚度法计算的相同结果，如若不满足，需要加大配筋或者增大墩柱截面。

【参考文献】

[1]叶爱君，管仲国.桥梁抗震[M].北京：人民交通出版社，2011.

[2]GB 18306-2001 中国地震动参数区划图[S].

[3]CJJ 166-2011 城市桥梁抗震设计规范[S].

[4]常广利.塑性状态下桥梁抗震分析[J].市政技术，2013.