抗震計(jì)算—某匝道橋抗震分析報(bào)告

1、天津外環(huán)線東北部調(diào)線鐵東路組合互通立交工程S匝道橋抗震分析報(bào)告中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司2013年6月目錄一、工程概況1二、摩擦擺支座的恢復(fù)力模型2三、摩擦擺支座的減隔震布置4四、自振特性分析4五、輸入地震動(dòng)7六、摩擦擺支座非線性時(shí)程分析9七、抗震性能驗(yàn)算11八、抗傾覆驗(yàn)算14九、地震E2作用下主梁驗(yàn)算15十、正常使用狀態(tài)下主梁驗(yàn)算15十一、結(jié)論1616一、工程概況S匝道橋全橋共3聯(lián)：4x27.489+(40+60+40)+3x21.789；第一聯(lián)上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力砼(后張)連續(xù)箱梁；第二聯(lián)上部結(jié)構(gòu)采用鋼箱梁；第三聯(lián)上部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，橋梁樁號(hào)里程為SK0+116.096

2、SK0+431.419。本次計(jì)算第二聯(lián)40+60+40鋼箱梁部分。橋墩采用實(shí)體式橋墩，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。上部結(jié)構(gòu)為單箱雙室的等截面梁高，梁高為2.4m。橋面寬為10.5m，其中行車道寬為9.5m。7#墩為制動(dòng)墩。抗震設(shè)防烈度為7度，場(chǎng)地特征周期為0.4s，場(chǎng)地類別為類。橋型布置及結(jié)構(gòu)尺寸，見(jiàn)圖1.1圖1.3。圖1.1 橋型布置圖圖1.2 主梁橫斷面圖1.3 剖面示意二、摩擦擺支座的恢復(fù)力模型摩擦擺支座主要包括用限滑動(dòng)螺栓、不銹鋼材料的球形滑面滑槽、涂有Teflon材料的滑塊以及用來(lái)與上部結(jié)構(gòu)相連的蓋板，其構(gòu)造示意如圖2.2 所示。摩擦擺支座通過(guò)球形滑動(dòng)表面的運(yùn)動(dòng)使上部結(jié)構(gòu)發(fā)生單擺運(yùn)動(dòng),隔

3、震系統(tǒng)的周期和剛度通過(guò)選取合適的滑動(dòng)表面曲率半徑來(lái)控制,阻尼由動(dòng)摩擦系數(shù)來(lái)控制。限滑動(dòng)螺栓剪斷前，摩擦擺隔震支座不發(fā)生滑動(dòng)，在其支撐下的隔震橋梁結(jié)構(gòu)與普通橋梁結(jié)構(gòu)相同；當(dāng)?shù)卣饘⑾藁瑒?dòng)螺栓剪斷后時(shí)，摩擦擺隔震支座發(fā)生位移。地震中摩擦擺支座的恢復(fù)力模型可簡(jiǎn)化成圖2.3所示的雙線性滯回模型。圖2.1 單擺工作原理1-滑動(dòng)曲面；2-抗滑螺栓；3-限滑塊4-滑動(dòng)塊；5-上座板；6-下座板圖2.2 摩擦擺支座構(gòu)造圖2.3 摩擦擺支座的滯回模型圖中，為動(dòng)摩擦系數(shù)；W 為豎向荷載；Ki 為初始剛度，Ki = W/ Dy；Kfps為摩擦擺支座的擺動(dòng)剛度，Kfps = W/ R；R 為曲率半徑，按式（2.1）計(jì)算

4、；Dy為屈服位移；Dd為極限位移；（2.1）式中，T 為摩擦擺系統(tǒng)的隔震周期。三、摩擦擺支座的減隔震布置支座的布置示于圖3.1。圖3.1支座平面布置四、自振特性分析全橋有限元計(jì)算模型示于圖4.1，其自振周期及相應(yīng)振型列于表4.1，示于圖4.2圖4.6，邊界條件模擬為摩擦擺支座剪力螺栓未剪斷。圖4.1 全橋有限元計(jì)算模型表4.1 自振特性一覽表模態(tài)號(hào)頻率/Hz 周期/s 振型特征1 2.0544650.486745主梁豎向彎曲振動(dòng)2 3.1456890.317895主梁及橋墩橫橋向3 3.8854270.257372主梁豎向彎曲振動(dòng)4 4.4898180.222726主梁豎向彎曲振動(dòng)5 6.08

5、46810.164341主梁豎向彎曲振動(dòng)圖4.2 第1 振型圖4.3 第2 振型圖4.4 第3 振型圖4.5 第4 振型圖4.6 第5 振型五、輸入地震動(dòng)E1水準(zhǔn)地震時(shí)反應(yīng)譜輸入，E1做用下摩擦擺支座剪力螺栓未被剪斷，按普通支座設(shè)置。見(jiàn)圖5.1圖5.2。圖5.1反應(yīng)譜參數(shù)圖5.2反應(yīng)譜曲線圖E2 水準(zhǔn)時(shí)程反應(yīng)分析時(shí)輸入的3 條地震波，見(jiàn)圖5.3圖5.5。圖5.3 第1 條地震波(wave-1)圖5.4 第2 條地震波 (wave-2)圖5.5 第3 條地震波(wave-3)六、摩擦擺支座非線性時(shí)程分析1、摩擦擺支座設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)摩擦擺支座的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，列于表6.1。依據(jù)表6.1 中的數(shù)值進(jìn)行摩

6、擦擺支座的技術(shù)參數(shù)初步設(shè)計(jì)。表6.1 一個(gè)支座主要設(shè)計(jì)參數(shù)墩號(hào)支座W 恒載重kNFy/ kN支座擺動(dòng)剛度/ kN/m6#墩外支座4461.8133.94461.8內(nèi)支座3618.4108.63618.47#墩外支座3551.0106.53551.0內(nèi)支座4550.5136.54550.5摩擦擺支座的曲率半徑R=1m 時(shí)，摩擦擺系統(tǒng)的隔震周期T =2=2s，約為隔震前結(jié)構(gòu)周期（0.486745s）的4.1倍。摩擦擺支座的擺動(dòng)剛度：Kfps= W/ R 取摩擦系數(shù)=0.03，摩擦力Fy=W。2、摩擦擺支座隔震非線性時(shí)程分析結(jié)果（E2作用）非線性時(shí)程反應(yīng)結(jié)果列于表6.2表6.6。表6.2 順橋向時(shí)程

7、反應(yīng)時(shí)程反應(yīng)wave-1 wave-2 wave-3 最大值7# 墩頂位移/mm 55665666墩底彎矩/kN*m15838185301569118530墩底剪力/kN1554185915291859表6.3 橫橋向時(shí)程反應(yīng)時(shí)程反應(yīng)wave-1 wave-2 wave-3 最大值6# 墩頂位移/mm 30333233墩底彎矩/kN*m 14775165301760417604墩底剪力/kN16861858180918097# 墩頂位移/mm 28303131墩底彎矩/kN*m11306127291254412729墩底剪力/kN1155128913391339表6.4 順橋向墩梁相對(duì)位移時(shí)程

8、反應(yīng)wave-1 wave-2 wave-3 最大值7#墩支座位移 mm 9011298112表6.5 橫橋向墩梁相對(duì)位移時(shí)程反應(yīng)wave-1wave-2wave-3最大值6#墩支座位移mm89113981137#墩支座位移mm69887488表6.6 梁體位移時(shí)程反應(yīng)wave-1wave-2wave-3最大值順橋向梁體位移mm1451781541786#墩處橫橋向梁體位移mm1241511351517#墩處橫橋向梁體位移mm98121108121 3、典型時(shí)程分析曲線7#墩順橫橋向第2條的非線性時(shí)程曲線示于圖6.1圖6.4。 圖6.1 墩頂順橋向非線性位移時(shí)程 圖6.2 墩底順橋向非線性彎矩

9、時(shí)程 圖6.3 墩頂橫橋向非線性位移時(shí)程 圖6.4 墩底橫橋向非線性彎矩時(shí)程七、抗震性能驗(yàn)算1、橋墩的抗震驗(yàn)算（1）橋墩的強(qiáng)度驗(yàn)算圖7.1橋墩配筋截面固定墩E1地震作用控制設(shè)計(jì)，其驗(yàn)算列于表7.1、表7.2。橫橋向：順橋向：表7.1 墩底順橋向驗(yàn)算（E1作用）墩號(hào)墩底彎矩Mmax/ kN*m Mu /kN*m Mmax< Mu 是否通過(guò)驗(yàn)算7# 1370819460是是表7.2墩底橫橋向驗(yàn)算（E1作用）墩號(hào)墩底彎矩Mmax/ kN*m Mu /kN*m Mmax< Mu 是否通過(guò)驗(yàn)算7# 960422531是是由上表可知，橋墩在E1水準(zhǔn)地震作用下，墩底的最大彎矩小于橋墩的初始屈服彎

10、矩，橋墩處于彈性狀態(tài)，橋墩滿足城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的E1條件下抗震設(shè)防要求。7#墩E2地震作用控制設(shè)計(jì)，其驗(yàn)算列于表7.3、表7.4。Crack :Yield(Initial) :Yield :Yield(Ideal.) :Ultimate :Moment(kN×m)6502.8629483.637788.638077.939751.7Curvature(1/m)0.0001182440.001283610.003257610.001657780.00708442圖7.2 橫橋向P-M-曲線Crack :Yield(Initial) :Yield :Yield(Ideal.) :Ul

11、timate :Moment(kN×m)4353.5620822.725961.52611027078.4Curvature(1/m)0.0001646680.001918180.004918850.002405240.0109699圖7.3 順橋向P-M-曲線表7.3墩底順橋向強(qiáng)度驗(yàn)算（E2作用）墩號(hào)墩底彎矩Mmax/ kN*m My /kN*m Mu /kN*mMmax< My Mmax< Mu是否通過(guò)驗(yàn)算7# 1853020822.719460是是表7.4墩底橫橋向驗(yàn)算（E2作用）墩號(hào)墩底彎矩Mmax/ kN*m My /kN*m Mu /kN*mMmax<

12、My Mmax< Mu是否通過(guò)驗(yàn)算7# 1760429483.622531是是由上表可知，橋墩在E2水準(zhǔn)地震作用下，隔震后墩底的最大彎矩小于橋墩的初始屈服彎矩，橋墩處于彈性狀態(tài)，設(shè)置摩擦擺球型支座，達(dá)到了抗震的目的，并能很好的保護(hù)橋墩構(gòu)件。（2）橋墩塑性鉸區(qū)的斜截面抗剪驗(yàn)算驗(yàn)算公式：縱橋向：橫橋向：縱橋向：橫橋向：表7.5橋墩的抗剪強(qiáng)度計(jì)算順橋向墩底剪力Q/kNVcu/ kN第1條波第2條波第3條波大值7#墩23822693247726935751.6橫橋向墩底剪力Q/kNVcu/ kN第1條波第2條波第3條波大值7#墩22452541209525415117.6表中，Q 為輸入地震動(dòng)下

13、隔震后的墩底最大剪力由表7.5知，在E2 水準(zhǔn)地震動(dòng)作用下，隔震后有：Q<Vcu結(jié)論：E2 水準(zhǔn)地震作用下，隔震后橋墩的抗剪強(qiáng)度滿足要求。2、樁基的抗震驗(yàn)算固定墩樁的順橋向控制設(shè)計(jì)。7#墩樁的驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表7.6。樁基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑為1.5m，截面配筋率為0.688%。表7.6樁基礎(chǔ)抗震驗(yàn)算（彎矩：kN m,軸力：kN）墩號(hào)計(jì)算方向單樁最不利軸力樁身最大彎矩樁身等效屈服彎矩是否滿足7#墩橫橋向548517266211是八、抗傾覆驗(yàn)算表8.1 支反力情況墩號(hào)支座恒載作用下支反力（KN）汽車荷載作用下最小支反力（KN）5#墩外支座616.5-126.7中支座623.1-103.0內(nèi)支

14、座608.4-122.26#墩外支座4461.8-269.5內(nèi)支座3618.4-200.47#墩外支座3551.0-180.0內(nèi)支座4550.5-228.68#墩外支座772.6-207.2中支座619.0-105.1內(nèi)支座444.4-144.8恒載作用下最小支反力出現(xiàn)在8#墩內(nèi)側(cè)支座處444.4KN，在2.5倍汽車荷載作用下結(jié)構(gòu)最小反力：-144.8x2.5+444.4=82.4>0?？箖A覆安全系數(shù)為444.4/144.8=3.1滿足天抗傾覆安全系數(shù)不小于2.5的要求。九、地震E2作用下主梁驗(yàn)算1鋼梁內(nèi)力圖9.1鋼梁內(nèi)力（偶然組合 恒載+地震力）(單位KN*M)鋼梁最大正彎矩57556

15、 KN*m、最大負(fù)彎矩34500KN*m。2鋼梁應(yīng)力圖9.2鋼梁最大組合應(yīng)力（偶然組合恒載+地震力） (單位MPa)可以看出E2作用下鋼箱梁最大組合應(yīng)力為109MPa，滿足規(guī)范要求。十、正常使用狀態(tài)下主梁驗(yàn)算1鋼梁應(yīng)力圖10.1恒載 鋼梁組合應(yīng)力 (單位MPa)圖10.2恒載活載溫度沉降 鋼梁最大組合應(yīng)力 (單位MPa)可以看到運(yùn)營(yíng)階段鋼箱梁最大組合應(yīng)力為117MPa，滿足規(guī)范要求。2撓度驗(yàn)算根據(jù)公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 JTJ025-861.1.5條的規(guī)定，由汽車荷載(不計(jì)沖擊力)所引起的豎向撓度簡(jiǎn)支梁不應(yīng)超過(guò)L/600。圖10.3汽車活載的撓度情況如下：由此位移圖中可以看到鋼梁的活載最大撓度為26mm，小于L/600=60/600= 0.1m。40+60+40m鋼連續(xù)梁，在各種荷載組合下應(yīng)力滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)剛度滿足要求。十一、結(jié)論通過(guò)對(duì)S匝道橋的減、隔震分析及抗震驗(yàn)算，可得出如下的主要