大跨径长联轨道交通工程连续梁桥抗震设计

岳章胜，蒋海军，王利伟，张鲁明

（青岛市政工程设计研究院，山东 青岛 266101）

大跨径长联轨道交通工程连续梁桥抗震设计

岳章胜，蒋海军，王利伟，张鲁明

（青岛市政工程设计研究院，山东 青岛 266101）

采用反应谱法对大跨径长联轨道交通工程连续梁桥进行了E1和E3地震下的纵、横向的地震反应分析，并根据规范进行了验算。计算结果表明：对只设置一个制动墩的大跨径长联连续梁，在不设置粘滞阻尼器但考虑活动墩摩阻力的情况下，E1地震弹性状态和E3地震塑性状态下的抗震能力验算均可满足规范要求。

大跨径长联；抗震分析；制动墩；反应谱

1　工程概述

青岛市红岛—胶南城际轨道交通工程 （R3线）位于青岛市黄岛区，包括经济技术开发区、灵山卫影视文化产业区、新区中心区、古镇口创新示范园、董家口经济区五个片区。工程起于黄岛区嘉陵江路站，依次沿嘉陵江路——井冈山路——滨海大道——泰山路——上海路——滨海大道——贡北路及产业一路敷设，终于董家口火车站，并预留延伸至日照条件。R3线路全长70.14 km，其中地下线18.32 km，高架线49.28 km，地面线2.54 km。桥梁在跨越风河河道处，设置一联46 m+65 m+ 65 m+46 m=222 m的双线悬浇连续箱梁。梁体采用单箱单室变高度箱形截面，中支点截面梁高4.0 m，合拢段梁高2.2 m。箱梁顶宽9.84 m，底宽5.84 m，悬臂长2 m。箱梁采用直腹板，腹板厚50～75 cm，支座采用CGQZ球钢支座。采用独柱桥墩，中墩采用2.8 m×4 m的圆端形墩，承台尺寸为8.6 m（横桥向）×8.6 m（纵桥向）×3.0 m（高），承台底采用9根直径1.2 m桩基，横桥向3排，顺桥向3排，桩间距均为3.2 m；边墩采用2.7 m×3 m的圆端形墩，承台尺寸为6.0 m（纵向）×8.0 m（横向）×2.5 m（高），承台底采用6根直径1.2m桩基，横桥向3排，桩间距2.9 m，顺桥向2排，桩间距3.8m。墩高均为10.5 m，仅设置一个中墩为制动墩，其余桥墩均为纵向活动墩，桩基嵌入中风化花岗岩不小于2.5 m。

2　计算模型及主要参数

依据山东省地震工程研究院编制的《青岛市西海岸城际轨道交通工程场地地震安全性评价报告》，工程场地50 a超越63%概率地震峰值加速度为29 cm/s2，50 a超越10%概率地震峰值加速度为85 cm/s2，50 a超越2%概率地震峰值加速度为165 cm/s2，地震动放大系数为2.7，特征周期为0.4 s。承台底0～5 m深地基土主要为粉质粘土，5～9.6 m深地基土为粗砾砂；9.6～25.2 m深地基土为强风化花岗岩；25.2 m以下为中等风化安山岩。

本桥抗震设防类别属于重点设防类，根据《城市轨道交通结构抗震设计规范》可采用反应谱法进行E1地震作用下的抗震验算，采用弹塑性反应谱法进行E3地震作用下的抗震验算，并满足相关构造和抗震措施要求。本文按照规范要求进行E1和E3地震作用下多振型反应谱分析。建模采用MIDAS/Civil软件，上部结构采用单梁模型，下部结构采用空间杆系模型，桩与土的相互作用采用土弹簧进行模拟，弹簧刚度计算参照《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB10002.5-2005）进行，并考虑了2.5的动力放大系数［1］。

3　计算图式

该桥的动力特性分析采用空间结构计算图式，由于截面为箱型，故采用单主梁模型，桥墩按实际尺寸模拟，本桥需进行E1和E3地震作用下的抗震验算，见图1、图2。

图1　全桥模型

图2　E1地震设计反应谱

3.1墩梁约束模拟

抗震计算模型考虑上下部的共同刚度，支座和桥墩刚度串联计算。由于E1地震力较小，偏安全不考虑活动墩的支座摩阻力影响，支座活动方向释放约束，盆式支座固定方向刚度可视为无限大，取DX=DY=DZ=10 000 000 kN/m。由于E3地震力大，对不设置粘滞阻尼器的长联大跨径连续梁桥应需虑活动墩支座摩阻力的影响，活动支座采用双折线弹性连接模拟。

3.2桩基约束模拟

桥梁抗震分析模型考虑桩土的共同作用，桩土的共同作用采用等代土弹簧模拟，等代土弹簧的刚度采用表征土介质弹性值的m参数来计算。

式中：a为土层厚度；b为该土层在垂直于计算模型所在平面的方向上的宽度；z为土层深度；m为土层水平抗力系数的比例系数，m动=2.5 m静。

4　 E1地震作用下的验算

根据《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB50909-2014），E1地震作用下结构处于弹性受力状态，在桥墩、盖梁、承台、桩基满足主力、主力+附加力荷载工况受力要求的前提下，进行主力+特（地震荷载）荷载工况下的验算，各构件受力验算均满足规范要求，见图3、图4和表1。

图3　E1顺桥向地震力

图4　E1横桥向地震力

表1　桥墩验算结果

5　 E3地震作用下的弹塑性位移验算

E3地震作用下，由于地震峰值加速度大，地震引起的结构内力也大，结构一般进入塑性状态，如果按照弹性状态来进行E3地震作用下的结构设计，结构尺寸太大，不经济，也不美观。采用反应谱法并考虑活动墩支座摩阻力计算得到E3地震作用下制动墩底顺桥向弯矩为112 844 kN·m，横桥向弯矩为126 430 kN·m。依据桥墩约束混凝土、非约束混凝土及钢筋的应力应变关系，可得到恒载轴力作用下的桥墩的M-φ曲线［2］，见图5、图6和表2。

图5　E3顺桥向地震力

图6　E3横桥向地震力

表2　桥墩弯矩-曲率曲线计算结果

由于E3地震结构下制动墩的纵桥向及横桥内力分别大于桥墩的纵桥向及横桥内力等效屈服弯矩，故在E3地震下桥墩均已屈服，需对桥墩进行刚度修正后验算墩顶位移，见表3。

同时根据规范对桥墩抗剪、盖梁、桩基、承台等能力保护构件验算，均满足规范要求［3］，见表4。

表3　E3地震作用下墩顶塑性位移验算

表4　桥墩抗剪能力验算

6　结论

本文通过对跨越风河的一联46 m+65 m+65m+ 46 m=222 m变截面连续梁轨道交通工程桥梁进行E1和E3地震反应谱分析，计算结果表明，在E1地震下，桥墩处于弹性状态，达到小震不坏的设防要求；在E3地震下，由于地震峰值加速度大，桥墩屈服，进入塑性状态，但墩顶塑性位移及能力保护构件承载能力均能满足规范要求，满足大震不倒的设防要求。

［1］范立础.桥梁抗震［M］.上海:同济大学出版社，1996.

［2］GB50909-2014，城市轨道交通结构抗震设计规范［S］.

［3］GB50157-2013，地铁设计规范［S］.

U442.5+5

B

1009-7716（2016）06-0129-03

2016-02-23

岳章胜（1981-），男，湖北孝感人，工程师，从事桥梁设计工作。