E匝道跨线桥梁抗震性能计算报告-第一联-张东昌.docx

机场互通E匝道EK0+733.870线桥抗震性能计算报告海南省公路勘察设计院2017.XX目录1 .工程概况11.1工程背景11.2研究主要内容22设防标准和地震动参数32.1设防标准32.2地震动参数32. 2.1反应谱33. 2.2加速度时程曲线43动力模型与动力特性63.1 空间动力计算模型63.1.1 线性动力模型63.1.2 非或性动力模型73.2 结构动力特性84反应谱分析结果114.1 E1.地靛作用下结构地震响应114.2 E2地震作用下结构地质响应错误!未定义书签.5非线性时程分析结果135.1E1.地震作用下结构地罐响应135.2E2地震作用下结构地震响应错误!未定义书签.6结构抗震性能验算156.1 概述156.2 控制截面纤维模型166.3 E1.地震作用下抗震验算176.4 E2地震作用下抗震验算187小结错误!未定义书签.1 .工程概况1.1 工程背景本桥所在E匝道平面包含了半径分别为20Orn和30Om的圆曲线及过渡的缓和曲线，跨越海口绕城公路、B匝道、D匝道和国道G223。海口绕城公路中央分隔带宽3米，国道G223中央分隔带宽2米，设计采用中央分隔带落墩方式布孔，中央分隔带桥墩斜做“桥梁中心桩号为EK0+733.870,桥跨组成为4X25+(30+35+30)+3X25.58+4X23-(23+24+24+23)÷3X25+3X25.一共右七联，其中第二联跨越东环铁路由铁路院设计。平立面布置如图1.1-1所示.上部结构采用预应力混凝土现浇箱梁，梁高为1.6m,下部结构采用矩形柱式墩,墩宽为1.5mX1.5m,基础形式为承台加桃基，承台厚度为2m,桩基为4根M.5m的钻孔灌注桩。典型主梁技面及下部结构墩及桩基础的构造见图1.-2图1.1-2典型主梁极面2 .2研究主要内容机场互通式立体交叉E匝道EK（+733.870跨线桥的设计荷教指标为公路-I级，属于重要的桥梁结构，一旦在地震中遭到破坏，可能导致的生命财产以及间接经济损失将会非常巨大。因此，进行正确的抗震分析,对确保桥梁抗真安全性具行非常重要的意义。因此需要对该桥联进行抗震分析。为J'简化分析过程，提高分析效率，本次抗震计算选取第一联作为计算对象，据此本报告的主要计算内容有：（1）建立了该段桥梁的空间弹性动力计算模型，分析结构动力特性。（2）根据设计图纸支座布置方式，采用线性反应谱法及非线性时程法进行结构地震反应分析，研究了结构在EI地震作用（50年超越概率10%,考虑结构重要性系数0.5）和E2地震作用（50年超越概率10%,考虑结构重要性系数1.7）两种设防水准地震输入下的地囊响应。（3）对各桥墩及桩基提出建议配筋，并进行在两种设防水准下的抗震性能进行f验算,最终给出结构的抗凝性能安全性评价.2设防标准和地震动参数2.1 设防标准根据长中国地震动参数区划图GB1.8306.2015h桥处地震动峰值加速度为0.3g,按G公路桥梁抗建设计细则中的规定属FB类桥梁，采用E1.地设作用（50年超越概率10%,考虐结构重要性系数0.5）和E2地虐作用（50年超越概率10%,考虑结构重要性系数1.7）两种地震动水平进行抗震设防。参考公路桥梁抗震设计细则（JTGTBO2-O1.-28）相关条款以及类似桥梁的研究成果，主桥相应的性能目标确定为：遭受E1.地震作用时，主桥桥墩、过渡墩以及各桥墩桩基础基本不发生损伤或不需要修复可继续使用；遭受E2地震作用时，应保证不致倒塌或产生严至结构损伤，经加固修复后仍可继续使用。2.2 地震动参数2.2.1 反应谱根据£公路桥梁抗震设计细则（JTG.TB02-01-2（X）8）,工程场地阻尼比为0.050.04xT<0.s0.sTTtTx<T<1.Os的水平设计加速度反应谱由下式确定：Sn1.5.5+0.45）S=<Smi1.Snui（TJT）Si=2.25CCc人式中Sa为水平设计加速度反应谱最大值，A为特征周期（单位s）,T为结构自振周期（单位s）,Ci为重要性系数，C为场地系数（该场地取1.0）,CI为阻尼调整系数（对于混凝土桥梁结构阻尼比为005,无需调整）,各参数如表2.2-1所示。表22-1E匝道EK0*733,870跨妓桥处设计地震动参数尔足比地震作用4g)CSa(g)T(三)0.05E1.0.30.50.3380.40E20.31.71.1480.40图2.2-1是E1地震作用和E2地震作用下地震响应系数曲线,用作该桥反应谱地箧反应分析。图2.2T地震动加速度反应谱曲线计算时地震动输入分别采取纵向与横向两种方式，并取前40阶模态分析，所考虑的阵型阶数在计算方向上满足90%以上的有效脑成要求，振型组合采用CQC法，方向组合采用SRSS法.2.2.2 加速度时程曲线图222224分别为人工拟合的E2地皴动输入情况卜.的加速度时程曲线。图2.2-2水平加速度时程相位1曲线（E1.地震推入）It（«1.图22-3水平加速度时程相位2曲线（E1.地震输入）图22-4水平加速度时程相位3曲线（E1地震雄人）(W)C11iJ.I.Ii11.,U1酬川则那I州删唧1JFCI1.工T1.C机场1.通EjfiEK0,733870i微带M提性徒计算报告3动力模型与动力特性3.1 空间动力计算模型E匝道EKo+733.870跨线桥采用减隔震设计,对于主梁与桥墩盖梁或桥台的连接,在桥台和过渡墩处采用1.NR型橡胶支座,在连续墩处采用HDR型高阻尼隔短橡胶支座,其双线性恢发力模型分别如图3.1-1和图3.1-2所示。3.1.1 线性动力模型线性动力模型忽略构件的非线性效应，即不考虑支座的屈服，对F1.NR型橡胶支座，其刚度取滑动前水平刚度K*（见图3.1-1）,对于HDR型高阻尼静震橡胶支座，其刚度取初始刚度Ki（见图3.1-2）.采用MidasCiVi1.2015有限元程序，建立E匝道EK（H733.870跨线桥第一联的动力空间计算模型，即2X25m的现浇预应力混凝土连续箱梁。有限元计算模型以顺桥向为X轴，横桥向为Y轴.竖向为Z轴，主梁、墩柱均采用空间的梁单元。对于桩基础顶部有承台的桥墩，承台视为刚体，等效为一质点并赋予质量，桩基采用六个方向的土弹簧进行模拟，桥台底固结。侨台与主梁之间采用1.NR型橡胶支座模拟，支座刚度在顺桥向和横桥向均采用滑动前水平刚度刚度K,（见图3.1/）：桥墩与主梁之间采用HDR型高阻尼隔震椽胶支座，支座刚度在顺桥向和横桥向均采用初始刚度K1（见图3.1-2）。相应刚度值见相关支座类型参数表。二期恒栽等效为线质址均匀施加主梁上。线性模型的连接条件见表3.1-1,计算模型见图3.1-3。表3.1-1线性模型连接条件位H墩台号01234左偏1.NRHDRHDRHDR1.NR右侧1.NRHDRHDRHDR1.NRit：<1)1.NR衣示沿动皇文座:(2)HDR&示固定小支用.图3.1-3线性空间动力计算模型3.1.2 非线性动力模型非线性动力模型需要考虑支座的非线性，对于1.NR型橡胶支座及HDR型高阻尼隔震橡胶支座，均需采用双线性恢宏力模型进行模拟,分别如图311和图312所示。对于1.NR型橡胶支座，双线性恢复力模型(见图3.1-1)中屈服为F,.按公式3.1/进行计算，初始屈服刚度取K，。相应刚度值见相关支座类型参数表。F、=NN(3.1-1)式中：N为支座的恒载竖向反力：为摩擦系数，取为0.03。对于HDR型高明尼隔震橡胶支座，双线性恢复力模型(见图3.1-2)中初始刚度K1,屈后刚度心以及屈服力Fy均见相关支座类里参数表。3.2 结构动力特性根据建立的线性动力计算模型，进行了结构动力特性分析，表3.2“为线性动力计算模型的前10阶振型、频率及振型特征，图321.325显示连续箱梁计算模型的典型振型。表3.2-1计算模型基本动力特性阶数周期(三)频率(HZ)振型描述I1.2970.771主梁平面旋转21.1260.888主梁横向振动3M1.O0.901主梁纵向振动40.3033.305主梁横向振动50.2264.433主梁处向振动60.2064.855主梁处向振动70.1765.6«6主梁竖向振动80.1576.363主梁登向振动90.1248.0783*桥墩横向振动IO0.1228.1803#掂堀纵向振动图3.2-1第一阶振型图图3.2-3第三阶振型图机场I1.通E匝道EK0733.870师践桥抗战性徒计算枳34反应谱分析结果对于线性动力模型，可以应用反应谱法进行地赛反应分析。采用反应谱分析时，取前40阶振型，按CQC方法进行组合。纵桥向地膜输入下，各桥墩墩底截面为地震反应控制截面；横桥向地藤输入下，各桥墩墩底技面为地震反应控制截而。4.1E1.地震作用下结构地It响应在E1.地震作用输入下，利用反应谱分析方法，可以得到各桥墩关键技面地震响应,此处分别列出地震内力结果（表4.1-1表4.1-2）、各支座响应（表4.1.-3表4.1）、各联梁端地震位移响应（表4.1.-5表4.1-6）以及各桥墩桩基础最不利单桩地震响应（表4.1-7-4.1-8）.表4.1-1各桥墩关犍威面地震响应（纵向输入）地震输入地与政面位JS战面地设内力轴力（kN）剪力kN）弯矩(kNm)圾桥向1#康底952822072#墩底452125313w墩底105092872表4,1.2各桥墩关被截面地震响应（横向输入）地震缺入地号技面位置故而地遵内力轴力（kN）剪力kN）弯短(kN-m)横桥向1#墩底22754322732#地底26449924293#地底2014772693表4.1-3各支座地震响应（纵向检入）培设输入支座位设OS1*2*324*洪桥向支座变形（力0.0380.0340.0540.0330.038表4.1-4各支座地震QH应（横向输入）地震输入支座位置OS2»3白，传横桥向支座变形（G0.0430.0350.0320.0310.036表4.1-5各联梁端地震位移响应（纵向推入）地箧愉入关提点地於位移X（m）纵桥向0#桥台处梁端0.038便桥台处梁端0.038表4.1-6各联梁端地震位移的应（横向揄入）堆屣输入关溟点地越位移IY（m）横桥向Q#桥台处梁端0.0434#侨台处莱端0.036表4.1-7各桥塔!桩基础单桩最不利截面地震响应（纵向输入）地理怆入地号承台底地表内力用不利电枇地羲内力轴力(kN)剪力(kN)弯矩<kN.m)轴力(kN)回力（kN穹矩<kN.m)纵桥向Itt18.81282660612523218432tt6.51274722713183198263#18.2126078701391315804表4.1-8各桥墩桩基础单桩最不利截面地震的应（横向输入）地建输入墩号承台底地跟内力取不利单桩地震内力轴力(kN)剪力(kN)弯短<kN.m)轴力(kN)剪力(kN)弯矩<kN.m)横桥向1»31242787411243108392UI1143819511242867623#I1148830011362877645非线性时程分析结果采用非线性时程地震反应分析方法，对于非线性动力模型进行了非线性地虐反应分析，非线性时程反应分析时号虑了1.NRS?橡胶支座和HDR型高阻尼隔震橡胶支座的非线性效应。进行E2地震下非线性时程反应分析时，采用三条地旋动加速度输入,取三条地震动加速度输入计算出的最大值作为最终结果。纵桥向地震输入F.各桥墩墩底极面为地皴反应控制截面：横桥向地震输入卜,空心墩墩底截而为地震反应控制截面。以卜.表中所给出的各控制截面内力均为地震作用引起的内力反应。5.1E2地震作用下结构地震响应在E2地衰作用输入下，利用非线性时程分析方法，可以得到各桥墩关键截面地震响应，此处分别列出地震内力结果（表5.1.-1.表5.1-2）、各支座响应（表51.-3表5.1-4）,各联梁端地震位移响应（表51.-5表5.1-6）以及各桥墩桩基地最不利单桩地震响应（表5.1-7表5.1-8）。表5.1-1各桥墩关键被面地震响应（纵向输入）地震输入地号截面位置故面地震内力轴力（kN）剪力（kN）弯矩(kNm)纵桥向1#康底Ii50821702#城底251525583W墩底95233010表5.1-2各桥墩关键放面地震响应（横向输入）地熊推入墩号截面位置鼓而地鹿内力轴力（kN）剪力kN）弯矩(kN-m)横桥向1#地底22450621692#墩底26451125413#康底2095222991表5.1.3各支座地震QH应（纵向输入）地震输入支座位置OS2»3白，传洪桥向支座变形（G0.1010.0960.0950.0M0.101«5.1-4各支座地震响应（国向输入）地震输入支座位置OS2»3白U横桥向支座变形（>>0.1030.0960.W40.0930.101表5.1-5各联梁端地震位移响应（纵向给入）地温输入关键点地JR位移X(m)纵桥向0*桥台处梁端0.101”桥台处梁端0.101表5.1-6各联梁端地震位移的应（横向揄入）地霆输入关谜点地微位移Y(m)横桥向。*桥台处梁端0.101W桥台处莱端0.101表5.1.7各桥墩桩基础单桩最不利截面地震响应（纵向输入）地鹿输入地号承台底地送内力最不利耿枇地设内力轴力(kN)剪力(kN)弯矩<kN.m)轴力(kN)剪力(kN)弯短<kN.m)纵拼向Itt17.91806714115094521225292.018367953161145912333417.51863888117334661237表5.1-8各桥塔!桩基础单桩最不利截面地震响应（横向输入）地诧输入战号承台底地展内力用不利电枇地羲内力轴力(kN)剪力(kN)弯矩<kN.m)轴力(kN)四力(kN)穹矩<kN.m)横桥向Itt317838086130644612422tt0180790%140945212483#018329661147045812616结构抗震性能验算6.1 概述参照公路桥梁抗震设计细则中第1.0.3条规定,B类桥梁采用减隔震设计时抗震设防目标为：当桥梁遭受E1.地震作用时，桥梁不受损坏或不需修且可继续使用：当桥梁遭受E2地震作用时，桥梁无需修复或经简单修复后即可使用.本报告对柝墩及桩基础进行了抗震验算，各部分具体的性能目标及检算准则见表6.1-1。表6.1.-1.E匝道EKm733.870跨线桥抗震性能目标与设防准则场地地震动结构性能要求结构校核目标EI地表作用桥塔、桩基础在井性范IM内工作植期和桥墩地隧反应小于初始柘限弯矩E2地窟作用桥战、桩暴础在弹性范用内工作桩葩和侨墩地底反应小于等效屈果穹斑验算根据线性及#线性时程分析结果，报告对各桥墩城关键截面与最不利旗机截面进行了抗震验算0E1.地震作用下，结构校核目标是桩基和桥墩在弹性范围里工作，其地震反应小于初始屈服弯矩：E2地震作用下，结构校核目标是桩基和桥墩在弹性范围里工作，其地震反应小于等效屈服弯矩。桥墩、桩基的初始屈服弯矩为极而最外必钢筋首次屈服（考虑相应柏力）时对应的弯矩，而等效屈服弯矩为根据截面M-O分析（考虑相应轴力），把截面M-e曲线等效为双线性所得到得等效屈服弯矩，见图6.1/所示。图6.1-1故面等效屈服穿矩计算示意图在进行强度验算时，根据在恒教和地虐作用下的轴力组合对连续箱梁各桥墩与最不利受力桩的控制微面进行M-。分析,得出各控制技面的初始屈服弯矩和等效屈服弯矩,进行结构的抗震性能验算。在计算初始屈服弯矩和等效屈服弯矩时.，对相同尺寸和相同配筋的截面，取恒载和地震最不利组合进行抗震验算，大量研究和本柝的试匏表明：恒载和地震最不利组合为恒载和地震组合轴力的最小值控制验算，因此取恒我和地震组合轴力的最小值进行初始屈服弯矩的计算。6.2 控制截面纤维模型根据桥墩及桩基截面配筋图，报告建立相应的纤维模型.利用Ucfyber软件进行假面M关系数值分析，图6.2-1.-6.2-2分别为桥墩以及相应桩基础单桩搬面的纤维模型.图621桥墩地底敲面纤维模型7-磔*Nq"上N派NNN1.C30909000eittQ0QQQu图622各桥墩桩基础单桩截面纤维模型6.3 E1.地震作用下抗震验算在E1.地震作用下,分别输入纵向、横向地震输入,纵桥向验兜引桥各墩柱及相应桩基，横桥向验算最不利墩柱及相应桩基，各相关桥墩关键截面脸算见表6.31表6.3-2,各相关桥墩桩旗础最不利单桩的兑见表6.3-3表6.3-1,表6.3-1桥墩关键战面杭震验算(纵向输入)地徐输入地号板而何aIf1.ftW力(kN)地俄轴力(kN)最不利轴力(kN)地震甯矩(kN.m)首次屈服弯矩fkN.m)结果M筋率纵桥1#墩底37459373621707752通过1.2%向2#烟底39314392725587813通过1.2%3#烟底3796IO378630107763通过1.2%表6.3-2桥般关键或面抗震验算(横向输入)施鹿输入堪-J截面位Vt.恒我轴力(kN)地爱轴力(kN)最不利轴力(kN)地JR穹矩(kN.ni)首次屈服中矩(kN.m)验"姑果建议能筋率横桥向1#地底3745227351822737634通过1.2%2#墩底3931264366724297698通过1.2%3#墩底3796201359526937652通过1.2%I1.表63-3各桥墩桩基拙最不利单桩截面抗震骐算(纵向装入)地管输入烟号恒载轴力(kN)地震震力(kN)果不利轴力(kN)地笈弯矩(kN.m)首次屈服方矩(kN.m)脸算结果用筋率纵桥向1*24I1252K)89S43A6A6通过1.05%2#2434131811168263658通过1.05%3#236713919768043548通过1.05%表6.3-4各桥地班基础最不利单桩截面抗震教算(横向输入)地俄输入墩号但同轴力(kN)地震轴力OCN)G不利利力(ICN)地箧弯矩(kN.m)首次屈服穹矩(kN.m)哈工配筋率横桥向1#2541112412178393705通过1.05%2#24341124B1.O7623724通过1.05%323671136123176437!6通过1.05%由上表知，在E1.地震作用下，在如表所示的配筋率下，各关键技面均能满足抗震性能日标。6.4 E2地震作用下抗震验算在E2地震作用下，分别输入纵向、横向地震输入，纵桥向验兑引桥各墩柱及相应桩基，横桥向验算最不利墩柱及相应桩基，各相关桥墩关键截面哙道见表6.47表6.4-2,各相关桥墩桩基础最不利单桩脸莫见表6.4-3表6.4-4表641桥墩关键效面抗震验算(姒向给入)地联输入截面位H恒成轴力(kN)地震轴/J<kN)出不利轴力(kN)地震穹矩(kN.m)等效屈服尊用(kN.m)验停结果配筋率纵桥向1#地底374511373421708251通过1.2%I2#地底39312392925588314通过1.2%3#俄底37969378730108264通过1.2%I1.表642桥墩关键戴面抗震脸算(横向输入)地筏籁入1ft裁面位置恒我轴力(kN)地蠢轴力(kN)蚊不利轴力(kN)地赛弯矩(kN.ni)等效屈服心矩(kN.m)验完结果配笳率横桥向1#墩底3745224352121698135通过1.2%2#墩底3931264366725418198通过1.2%3#城底3796209358729918148通过1.2%表6.4-3各桥墩桩基他最不利单桩截面抗震验算(纵向装人)地震输入墩号怛我轴力(kN)地我轴力(kN)Jft不不轴力(kN)地震弯矩(kN.m)等效屈期中矩(kN.m)验克结果限筋率圾桥向1#2341150983212254136海过1.05%2”2434161182312334143通过1.05%'s2367173363412374145通过1.05%表6.4-4各桥电桩U出最不利单桩放面抗震物算(横向揄入)地废输入墩号恒我轴力(kN)地爱轴力(kN)最不利轴力(kN)地裳西矩(kN.m)等效屈服力矩(kN.m)验算结果配筋率横桥向1#23411306103512424147通过1.05%2#24341409102512484152通过1.05%3#27147089712614157通过1.05%由上表知，在E2地震作用卜.，在如表所示的配筋率卜.，各关键截面均能满足抗震性能目标。