工程结构抗震设计基础 Part.2 第7章篇 大跨度梁桥抗震设计.ppt

第二部分 大跨度桥梁抗震设计 第7章 大跨度梁桥抗震设计 7.1 概 述 梁式桥分为五种类型：简支、悬臂、连续、T构和连续刚构。 由于悬臂梁桥和T型刚构桥都在跨内设有挂孔或剪力铰(只能传递剪力而不能传递水平推力和弯矩)，对结构的整体刚度、变形和抗震性能都非常不利，在强烈的竖向和水平地震作用下，结合部很易损坏，产生断裂而塌落。 连续刚构桥除了保持连续梁桥的优点外，还可节省支座的费用，减小下部结构的工程量，特别适用于大跨度、高桥墩的情况，高桥墩一般采用柔性薄壁墩，利用其柔性以适应各种外力所引起的纵向位移，该桥型越来越受到桥梁工程师的青睐。 大跨度的预应力混凝土连续刚构桥，目前国内建造的最大跨度已达到近300m。 但现有的抗震设计规范只适用于主跨不超过150m的混凝土梁桥(主要是简支梁、连续梁)和拱桥。 7.2 预应力混凝土连续刚构桥抗震设计实例简介 以主跨205m的广东南澳大桥为例进行介绍。 广东汕头南澳跨海大桥分为南桥和北桥。南桥长2935m，北桥长1080m。 主桥位于南桥，主桥跨径组合130+205+130m，为预应力混凝土连续刚构桥。 主桥桥面宽17.0m，主梁采用单箱单室预应力混凝土箱梁，主墩为钢筋混凝土双薄壁墩，墩身采用2.5× 9.0m的实体矩形截面，主墩基础为每墩18φ2.5m钻孔灌注桩。 7.2 预应力混凝土连续刚构桥抗震设计实例简介 某预应力混凝土连续刚构桥，跨径组合为 126m+240m+126m 施工过程 7.2 预应力混凝土连续刚构桥抗震设计实例简介 某预应力混凝土连续刚构桥，跨径组合为 126m+240m+126m 施工过程 7.2 预应力混凝土连续刚构桥抗震设计实例简介 某预应力混凝土连续刚构桥，跨径组合为 126m+240m+126m 施工过程 7.2.1 动力计算模型 建立空间计算模型如图7.1。 梁和墩简单地离散为三维梁单元，注意要尽可能真实地模拟结构的刚度和质量分布。 由于主墩基础采用的是群桩基础，需要考虑桩—土—结构的相互作用。要得到基础中桩的地震反应，只能采用集中质量法。 建立两个深度不同的计算模型用于两个设计阶段： ● 六弹簧—结构模型用于概念设计； ● 桩—土—结构集中质量模型用于延性设计。 用集中质量法将桩—土系统离散为质量一弹簧一阻尼系统时，采用如下假定： ● 假定土介质为线弹性的连续介质； ● 用等代土弹簧杆单元来反映土层的恢复力性质，其刚度用“m”法计算。“m”的定义为： 其中，σzx是土体对桩的横向抗力，Z为土层的深度，Xz为深度Z处土的横向变位。 等代土弹簧的刚度为： 式中：a为土层的厚度，bp为该土层的宽度，常取桩的计算宽度。 等代土弹簧杆单元的截面积为： 其中，L为杆单元长度，通常取1.0m，E为弹性模量，通常取与桩相同。 实际上，有 P P Kδ=P Eε=σ ε=δ/L σ=P/F 所以，弹簧杆单元的截面积： F=P/σ=P/( Eε)=PL/(Eδ)= PLK/(EP)= LK/E 将式(7-2)代入，即得(7-3) 7.2.2 地震动输入 国家地震局地球物理研究所提供了“汕头南澳跨海大桥桥址地震安全性评价报告”，给出了四种概率水平(50年超越概率63％，10％，2％和100年超越概率3％)的地震烈度值及基岩水平加速度峰值(见表7.1)和相应的反应谱。 表7.1 四种超越概率的地震烈度 50年超越概率(%) 63 10 2 1.5 烈度(度) 5.9 7.7 8.5 8.6 加速度(cm/s2) 42 201 355 392 桥址区基本烈度为7.7，属于强震区。 在南澳大桥的抗震设计中，选用了50年10％超越概率(P1) 的设计参数和人工地震波进行结构强度控制；用50年2％超越概率(P2) 的设计参数和人工地震波进行结构位移控制(即延性控制)。 两个概率水准的反应谱曲线见图7.2，对应于两个概率水准，两个主墩位置的四条地面加速度时程曲线见图7.3。 竖向地震输入反应谱和时程曲线取与水平向相同，但加速度峰值取为水平向的0.5倍。 7.2.3 抗震概念设计 在地震荷载作用下，主梁惯性力按各柔性墩的刚度分配给各墩承受。如果有多个相同设计的桥墩，则希望各墩的受力较为均匀，这样有利于结构的整体抗震。 连续刚构桥的主梁与墩刚结，在进行抗震概念设计时，重点应放在塑性铰位置的选取上。通常希望塑性铰出现在便于检查和易于修复的、并且经过特殊配筋的墩柱处。 7.2.4 强度分析 采用六弹簧—结构模型，选P1概率水平的反应谱，分别沿纵向+竖向、横向+竖向输入，进行结构的地震反应分析，分别画出内力反应包