橋梁抗震計(jì)算書資料解讀

1、目 錄1工程概況- 1 -2地質(zhì)狀況- 1 -3技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)- 2 -4計(jì)算資料- 2 -5作用效應(yīng)組合- 3 -6設(shè)防水準(zhǔn)及性能目標(biāo)- 3 -7地震輸入- 4 -8動(dòng)力特性分析- 5 -8.1動(dòng)力分析模型- 5 -8.2動(dòng)力特性- 6 -9地震反應(yīng)分析及結(jié)果- 6 -9.1反應(yīng)譜分析- 6 -E1水準(zhǔn)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)- 6 -E2水準(zhǔn)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)- 7 -10地震響應(yīng)驗(yàn)算- 8 -10.1墩身延性驗(yàn)算- 10 -10.2樁基延性驗(yàn)算- 10 -10.3支座位移驗(yàn)算- 11 -11結(jié)論- 11 -12抗震構(gòu)造措施- 11 -12.1墩柱構(gòu)造措施- 12 -12.2結(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施- 12 -1 工程概況海

2、口灣景觀橋全橋24m橋?qū)?。橋梁全長(zhǎng)666.08米，等高梁跨徑布置有4x35m， 3x35m兩種形式。橋墩為標(biāo)準(zhǔn)雙柱式橋墩，墩柱高度在5.297m12.079m之間。單柱墩底尺寸為2.2x2.0m。樁基為81200鉆孔灌注樁。本報(bào)告截取最不利一聯(lián)P12P16進(jìn)行計(jì)算。橋梁部分橋跨布置圖如下：圖 11橋梁部分橋跨布置圖2 地質(zhì)狀況根據(jù)野外鑒別、原位測(cè)試結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)成果，本次鉆探揭露120m深度范圍內(nèi)的地層綜合劃分為5個(gè)巖性單元層， 巖土層自上至下分別為：素填土（Q4 ml）：灰黃色，稍濕，稍密狀，主要由石英質(zhì)中粗砂人工回填而成，含較多碎石塊，已完成自身固結(jié)，人工填島堤岸及施工便道均為拋石。該層

3、僅在ZK0鉆孔有揭露，揭露厚度3.30m，層頂高程5.45m。淤泥（Q4 m）：深灰色，飽和，流塑-軟塑狀，主要由粘性土組成，切面光滑，干強(qiáng)度中等，韌性高，具有腐臭味，土質(zhì)污手，該層層表呈現(xiàn)為淤泥混砂和流泥狀，下套管時(shí)可依靠自重下落，層底呈軟塑狀粘土。該層全場(chǎng)均有分布，厚度8.0011.40m，平均厚度9.60m，層頂埋深0.003.30m，層頂高程2.15-5.45m。粘土（Q2m）：棕紅色、灰黃、灰色，濕，可塑可塑偏軟，主要由粘性土組成，局部含較多中粗砂，韌性中等，干強(qiáng)度高，切面光滑，稍有光澤反應(yīng)，無(wú)搖震反應(yīng)。該層在鉆孔ZK0ZK6、ZK7-左、ZK7-右、ZK8-左、ZK7ZK9-補(bǔ)、Z

4、K11-補(bǔ)、ZK13-補(bǔ)和ZK15-補(bǔ)有揭露，厚度1.204.90m，平均厚度2.59m，層頂埋深8.0014.80m，層頂高程-8.50-17.41m。粗砂（Q2m）：灰黃、灰色，濕，中密狀，主要由石英質(zhì)粗砂組成，含少量粘性土，分選性較差，顆粒級(jí)配一般，膠結(jié)性一般。該層在鉆孔ZK9ZK14、ZK8-右、ZK7ZK9-補(bǔ)、ZK11-補(bǔ)、ZK13 ZK15-補(bǔ)有揭露，厚度0.506.10m，平均厚度2.12m，層頂埋深10.6014.80m，層頂高程-10.98-19.41m。粉質(zhì)粘土（N2m）：深灰色、青灰色，可塑-硬塑-堅(jiān)硬狀，以硬塑和堅(jiān)硬狀為主，主要由粘性土組成，含少量中粗砂，巖芯呈土柱狀

5、-堅(jiān)硬薄餅狀，局部夾半巖狀硬夾層，切面稍有光滑，具有光澤反應(yīng)，無(wú)搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度較高，韌性中等。該層全場(chǎng)均有揭露，未鉆穿，層頂埋深9.9019.20m，層頂高程-10.40-20.61m。3 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1） 荷載等級(jí)：城市A級(jí)；2） 人群荷載：；3） 抗震設(shè)防烈度：8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度峰值：0.3g；4） 抗震設(shè)防類別：丁類，設(shè)計(jì)方法：B類，抗震設(shè)防措施等級(jí)：8級(jí)；5） 場(chǎng)地類型：類；6） 環(huán)境類別：類；7） 橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100年；4 計(jì)算資料1） 計(jì)算軟件：Midas Civil20112） 支座類型：鉛芯隔震橡膠支座。3） 支座參數(shù)：中墩支座高度為320mm，平面尺寸1320mm&#

6、215;1320mm，水平剛度邊墩支座高度為268mm，平面尺寸770mm×770mm，水平剛度；4） 立柱：立柱底平面尺寸：2000×2200mm，立柱頂平面尺寸：2000×2400mm（中墩），2000×2600mm（邊墩），墩柱高度在5.297m12.079m之間；墩柱底部截面配兩層32鋼筋，共80根。延伸至墩身以上4米處內(nèi)層鋼筋截?cái)啵?米以上墩身變?yōu)橐粚愉摻?，?0根。墩身底以上4米范圍內(nèi)箍筋采用16100鋼筋，4米以上采用16150鋼筋。5） 承臺(tái)：承臺(tái)尺寸為橫橋向長(zhǎng)14.4m，縱橋向?qū)?.4m，高2.5m。橫橋向底層主筋為單層32130鋼筋，

7、頂層為主筋為16130鋼筋；橫橋向底層主筋為單層32130鋼筋，頂層為主筋為16130鋼筋；箍筋為16130鋼筋，全部采用HRB335鋼筋。主筋保護(hù)層厚度為60mm，箍筋保護(hù)層厚度30mm。6） 樁基：橋墩位處一共8根鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)為L(zhǎng)=51.0m,樁徑1.2m。樁身配筋為：主筋28共22根，其中11根為通長(zhǎng)筋，11根在距樁底20m處截?cái)?；箍筋?0螺旋鋼筋，在距承臺(tái)底2m范圍內(nèi)為加密段，間距為100mm，其余部分間距為200mm。主筋保護(hù)層厚度為8mm，箍筋保護(hù)層厚度30mm。5 作用效應(yīng)組合地震作用為偶然作用，根據(jù)公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范、城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范、公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則（下簡(jiǎn)稱抗

8、震細(xì)則）的規(guī)定，確定以下4種偶然效應(yīng)組合。Ø E1縱向組合：恒載+E1縱向地震效應(yīng)；Ø E1橫向組合：恒載+E1橫向地震效應(yīng)；Ø E2縱向組合：恒載+E2縱向地震效應(yīng)；Ø E2橫向組合：恒載+E2橫向地震效應(yīng)；6 設(shè)防水準(zhǔn)及性能目標(biāo)1）根據(jù)城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，該橋的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為丁類，因?yàn)樵摌驗(yàn)榇髽?，本次設(shè)計(jì)同樣考慮E2地震作用效應(yīng)。2）根據(jù)抗震細(xì)則，該橋的抗震性能分析，采用二水準(zhǔn)設(shè)防、兩階段設(shè)計(jì)和基于結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計(jì)思想。根據(jù)震后結(jié)構(gòu)修復(fù)的難易程度以及相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失所決定的風(fēng)險(xiǎn)程度。結(jié)合城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范于抗震細(xì)則，本次抗震重要性系數(shù)Ci取值如表

9、 61所示。橋梁主要構(gòu)件的性能目標(biāo)如表 62所示。表 61抗震重要性系數(shù)CiE1地震作用E2地震作用市政橋梁0.351.7表 62橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)設(shè)防地震水準(zhǔn)結(jié)構(gòu)性能要求結(jié)構(gòu)校核目標(biāo)E1地震作用樁基礎(chǔ)在彈性范圍內(nèi)工作地震反應(yīng)小于首次屈服彎矩橋墩在彈性范圍內(nèi)工作地震反應(yīng)小于首次屈服彎矩支座不發(fā)生剪壞驗(yàn)算支座剪力、位移E2地震作用樁基礎(chǔ)基本在彈性范圍內(nèi)工作地震反應(yīng)小于等效屈服彎矩墩柱保證不倒塌或嚴(yán)重結(jié)構(gòu)損傷可按延性構(gòu)件設(shè)計(jì)支座可以剪壞，但保證不落梁驗(yàn)算限位擋塊強(qiáng)度7 地震輸入根據(jù)抗震細(xì)則規(guī)定，阻尼比0.05的水平設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜取為：其中，為水平設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜最大值，為特征周期。為抗震重要性

10、系數(shù)，為場(chǎng)地系數(shù)，為阻尼調(diào)整系數(shù)，水平向設(shè)計(jì)基本地震動(dòng)加速度峰值。根據(jù)設(shè)計(jì)原則和地質(zhì)報(bào)告，橋梁場(chǎng)地為類場(chǎng)地，設(shè)防烈度區(qū)為8度區(qū)，按8度設(shè)防。取為0.55s，場(chǎng)地系數(shù)取為1.0；橋梁阻尼比為0.05，阻尼調(diào)整系數(shù)為1，水平向設(shè)計(jì)基本地震動(dòng)加速度峰值為0.3g。E1和E2水準(zhǔn)下，主橋水平向設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜如4-1、42所示。圖 71 E1水準(zhǔn)下水平向設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜圖 72 E2水準(zhǔn)下水平向設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜8 動(dòng)力特性分析8.1 動(dòng)力分析模型橋梁動(dòng)力特性分析采用離散結(jié)構(gòu)的有限單元方法，有限元計(jì)算模型均以順橋向?yàn)閄軸，橫橋向?yàn)閅軸，豎向?yàn)閆軸。主梁，橋墩和樁基均離散為空間的梁?jiǎn)卧?，承臺(tái)模擬為質(zhì)點(diǎn)，用

11、等效土彈簧模擬樁土相互作用。與分析對(duì)象相接的兩聯(lián)作為邊界條件參與建模。結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性和地震反應(yīng)分析的三維有限元模型，如圖 81所示。#05墩#04墩#02墩#03墩#01墩?qǐng)D 81動(dòng)力計(jì)算模型8.2 動(dòng)力特性根據(jù)圖 81的動(dòng)力計(jì)算模型，對(duì)橋梁進(jìn)行動(dòng)力特性分析。表 81橋梁結(jié)構(gòu)周期以及振型描述振型順序周期(s)振型描述11.95墩梁縱向振動(dòng)20.99墩梁橫向振動(dòng)30.91主梁豎彎40.88主梁豎彎50.73主梁豎彎9 地震反應(yīng)分析及結(jié)果 9.1 反應(yīng)譜分析采用E1和E2兩種概率水平、阻尼比為5%的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜對(duì)該橋進(jìn)行抗震性能分析。E1水準(zhǔn)下采用毛截面剛度；E2水準(zhǔn)下延性構(gòu)件采用折減剛度，其他構(gòu)件采

12、用毛截面剛度。振型組合方式為CQC。9.1.1 E1水準(zhǔn)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)墩柱及樁基控制截面的地震反應(yīng)計(jì)算結(jié)果匯于表 91表 96內(nèi)。表 91單柱控制截面內(nèi)力最大值（E1縱向地震輸入）跨徑（m）構(gòu)件截面位置地震軸力（kN）地震縱向剪力（kN）地震縱向彎矩（kN.m）4x35#01單柱墩底62 3173072 #02單柱墩底120 428 4770#03單柱墩底1264274770#04單柱墩底131 4324772#05單柱墩底65 317 3063 表 92單柱控制截面內(nèi)力最大值（E1橫向地震輸入）跨徑（m）構(gòu)件截面位置地震軸力（kN）地震橫向剪力（kN）地震橫向彎矩（kN.m）4x35#01單柱

13、墩底287480 3284#02單柱墩底376571 4413#03單柱墩底3775704407 #04單柱墩底3725714412 #05單柱墩底280 481 3290表 93單樁控制截面內(nèi)力最大值（E1橫向地震輸入）跨徑（m）構(gòu)件截面位置地震軸力（kN）地震剪力（kN）地震彎矩（kN.m）4x35#01樁頂531 174380 #02樁頂624179381 #03樁頂635179 359 #04樁頂632182 386 #05樁頂533174 3769.1.2 E2水準(zhǔn)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)支座地震反應(yīng)如下表：墩柱及樁基控制截面的地震反應(yīng)計(jì)算結(jié)果匯于表 9表 9內(nèi)。表 94單柱控制截面內(nèi)力最大值（

14、E2縱向地震輸入）跨徑（m）構(gòu)件截面位置地震軸力（kN）地震縱向剪力（kN）地震縱向彎矩（kN.m）4x35#01單柱墩底789599288 #02單柱墩底2361296 14421 #03單柱墩底176129514422 #04單柱墩底228 1313 14421 #05單柱墩底82 965 9224 表 95單柱控制截面內(nèi)力最大值（E2橫向地震輸入）跨徑（m）構(gòu)件截面位置地震軸力（kN）地震橫向剪力（kN）地震橫向彎矩（kN.m）4x35#01單柱墩底8681452 12368 #02單柱墩底1137 1727 10592 #03單柱墩底1139 1725 10615 #04單柱墩底113

15、8 1727 10542 #05單柱墩底847 1453 12423 表 96單樁控制截面內(nèi)力最大值（E2橫向地震輸入）跨徑（m）構(gòu)件截面位置地震軸力（kN）地震剪力（kN）地震彎矩（kN.m）4x35#01016055281148#02018895421150#03018885411149#04018905421148#0501603527114810 地震響應(yīng)驗(yàn)算橋梁抗震的目標(biāo)是減輕橋梁工程的地震破壞，保障人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，減少經(jīng)濟(jì)損失。因此，既要使震前用于抗震設(shè)防的經(jīng)濟(jì)投入不超過(guò)我國(guó)當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)能力，又要使地震中經(jīng)過(guò)抗震設(shè)計(jì)的橋梁的破壞程度限制在人們可以承受的范圍內(nèi)。換言之，需要在經(jīng)濟(jì)與

16、安全之間進(jìn)行合理平衡，這是橋梁抗震設(shè)防的合理安全度原則。綜合考慮工程造價(jià)、結(jié)構(gòu)遭遇的地震作用水平、緊急情況下維持交通能力的必要性以及結(jié)構(gòu)的耐久性和修復(fù)費(fèi)用等因素，來(lái)確定對(duì)應(yīng)地震水平下結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)。橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)及檢算準(zhǔn)則見(jiàn)表 62。橋墩的初始屈服彎矩為截面最外層鋼筋首次屈服（考慮相應(yīng)軸力）時(shí)對(duì)應(yīng)的彎矩，當(dāng)?shù)卣鸱磻?yīng)小于初始屈服彎矩時(shí)，整個(gè)截面保持在彈性。而等效屈服彎矩為根據(jù)截面Mf 分析（考慮相應(yīng)軸力），把截面Mf曲線等效為雙線性所得到得等效屈服彎矩，此時(shí)，截面發(fā)生有限損傷，部分鋼筋進(jìn)入屈服，裂縫寬度可能超過(guò)容許值，但混凝土保護(hù)層還是完好，結(jié)構(gòu)整體反應(yīng)還在彈性范圍。極限彎矩為截面所能

17、承受的最大彎矩。如圖101、102所示。 圖 101橋墩截面能力計(jì)算示意圖 圖 102樁基截面能力計(jì)算示意圖將永久作用和地震作用進(jìn)行最不利組合，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范計(jì)算截面強(qiáng)度或采用纖維單元進(jìn)行Mf分析，計(jì)算橋梁各個(gè)控制截面的抗彎能力，從而進(jìn)行抗震性能驗(yàn)算。10.1 墩身延性驗(yàn)算由以上計(jì)算可知地震作用在順橋向效應(yīng)最大，因此以順橋向?yàn)榭刂朴?jì)算表 101墩底截面順橋向抗彎承載能力位置恒載軸力（kN）開(kāi)裂彎矩（kN·m）屈服彎矩（kN·m）極限彎矩（kN·m）墩底11550 782535148 47987表 102地震作用下順橋向抗彎承載力驗(yàn)算恒載軸力（kN）E1地震抗彎驗(yàn)算E

18、2地震抗彎驗(yàn)算計(jì)算彎矩（kN·m）開(kāi)裂彎矩（kN·m）是否滿足計(jì)算彎矩（kN·m）屈服彎矩（kN·m）極限彎矩（kN·m）是否滿足11550 47707825是144223514847987是E1 地震下墩底截面計(jì)算彎矩小于開(kāi)裂彎矩，墩底處于彈性狀態(tài)；E2 地震下墩底截面計(jì)算彎矩大于開(kāi)裂彎矩，小于屈服彎矩，保護(hù)層混凝土已開(kāi)裂。因此，橋墩墩身滿足地震下受力要求，滿足兩階段設(shè)防水準(zhǔn)要求。10.2 樁基延性驗(yàn)算表 103樁基截面抗彎承載能力位置恒載軸力（kN）開(kāi)裂彎矩（kN·m）屈服彎矩（kN·m）極限彎矩（kN·m）墩

19、底2887159425343367表 104地震作用下樁基截面抗彎承載力驗(yàn)算恒載軸力（kN）E1地震抗彎驗(yàn)算E2地震抗彎驗(yàn)算計(jì)算彎矩（kN·m）開(kāi)裂彎矩（kN·m）是否滿足計(jì)算彎矩（kN·m）屈服彎矩（kN·m）極限彎矩（kN·m）是否滿足2887 3861594是115025343367是E1 地震下樁基截面計(jì)算彎矩小于開(kāi)裂彎矩，樁基截面處于彈性狀態(tài)；E2 地震下樁基截面計(jì)算彎矩大于開(kāi)裂彎矩，小于屈服彎矩，保護(hù)層混凝土已開(kāi)裂。因此，橋墩樁基滿足地震下受力要求，滿足兩階段設(shè)防水準(zhǔn)要求。10.3 支座位移驗(yàn)算表 105 E1地震下支座位移驗(yàn)算支座

20、類型支座型號(hào)容許位移（mm）順橋向位移驗(yàn)算橫橋向位移驗(yàn)算最大位移（mm）是否滿足最大位移(mm)是否滿足鉛芯橡膠隔震支座J4Q10048是13是表 106 E2地震下支座位移驗(yàn)算支座類型支座型號(hào)容許位移（mm）順橋向位移驗(yàn)算橫橋向位移驗(yàn)算最大位移（mm）是否滿足最大位移(mm)是否滿足鉛芯橡膠隔震支座J4Q100112否（支座被剪斷）43是E2 地震下支座的計(jì)算位移小于支座的容許地震位移，且有較大富裕，支座滿足地震下位移和受力要求。11 結(jié)論在立柱滿足抗震細(xì)則關(guān)于延性構(gòu)造措施要求，并且支座水平承載力設(shè)計(jì)值滿足要求的情況下，經(jīng)過(guò)抗震計(jì)算，本橋抗震分析結(jié)果如下：1) E1地震作用下，支座水平位移小于其水平容許值，下部結(jié)構(gòu)立柱及樁基處于彈性狀態(tài)，滿足結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)的抗震性能目標(biāo)要求。2) E2地震作用下，橋墩出現(xiàn)塑性鉸，各個(gè)能力保護(hù)構(gòu)件強(qiáng)度滿足要求，滿足結(jié)構(gòu)不倒塌的抗震性能目標(biāo)要求。3) E2地震作用下，所有墩支座均被剪壞，限位塊間隙10cm，不會(huì)發(fā)生落梁災(zāi)害。墩柱及樁基保持在彈性范圍，滿足抗震性能目標(biāo)要求。12 抗震構(gòu)造措施根據(jù)抗震細(xì)則第8章的規(guī)定，本工程橋梁延性構(gòu)造措施如下：12.1 墩柱構(gòu)造措施1) 墩墩塑性鉸區(qū)域內(nèi)，箍筋采用加密布置，間距為100mm；2) 墩身箍筋采用直徑等于16mm