桥梁抗震课程设计华北水院.doc

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(一)桥梁基本参数
某城市高架桥中的三跨一联连续梁桥，跨度L为27m，桥梁立面布置见图1，横断面见图2，基础布置图见图3，桥墩与桩基配筋参考见图4，箍筋间距为10cm。

图1桥梁立面图

图2桥梁横断面

图3基础布置图（单位：cm）

图4墩柱与桩基配筋参考示意图（单位：cm）
桥墩为实心矩形墩，墩高为13m，墩底顺桥向宽1.3m，横桥向2.8m。基础采用2根直径为1.5m的桩，桩长43.5m，场地土的系数m系数为15000KN/m4，单桩竖向承载力为8000KN。群桩基础用6根弹簧模型模拟，基础刚度参数见表1。支座与垫石总高度为0.3m，支座布置方式为中间设一个固定墩，墩顶设置固定支座，其余各墩均为纵向活动墩，墩顶设置纵向活动支座。上部结构、立柱、基础分别采用C50、C40、C35混凝土。一联三跨的主梁总重（包括二期恒载）为10170kN，全部恒载作用下，中墩支座反力4700KN，边墩支座反力为1700KN。
桥墩上部变截面区域可视为盖梁，桥墩每米高度的质量为10吨，盖梁质量为15.1吨，承台质量101.6吨。
（二）抗震设计总体要求
按《城市桥梁抗震设计规范》（CJJ166-2011）的相关要求进行延性抗震设计。
（三）地震动输入参数
设计基本地震加速度值为0.15g，对应设计地震分区第3区，局部场地类别为II类。该桥是交通枢纽位置上的桥梁，为乙类，结合设防烈度，选用A类抗震设计方法。地震调整系数：E1地震作用为0.61，E2地震作用为2.2。

试中，；A为地震加速度峰值；其余符号详见规范。
E1地震作用的E2地震作用下的水平加速度反应谱见下图。

图5E1、E2地震加速度反应谱
5.6.2计算模型
由于结构纵桥向仅一个桥墩上为固定支座，其余都为活动支座，因此纵桥向可仅考虑固定墩的刚度建立单自由度模型，质量按3跨计算，其中质量中心位于固定墩支座顶部。在横桥向，每个墩都为固定墩，且各墩高相等，主梁横向刚度较大，因此可简化为单跨桥，建立单自由度模型计算，其中质量中心位于主梁横断面质心处，此次计算中取主梁重心距离支座顶部的距离为0.8m,如图6所示。

图6计算模型
墩身质量：

墩帽等代盖梁质量：

群桩基础用6弹簧模型模拟，基础刚度参数见表1。

表1基础刚度参数
方向平动刚度（KN/m）转动刚度（KN·m/rad）横向纵向竖向绕纵向绕横向绕竖向刚度3.355E+053.755E+052.44E+061.46E+076.234E+062.54E+06桥墩的换算质量系数η，需要计算桥墩关键节点的位移后按下式计算：

而单自由度模型换算质点质量计算公式为：

分别在横桥向和纵桥向施加单位力在各自的模型质量中心处，计算桥墩各关键节点的位移，并进一步计算桥墩的质量换算系数，结果如表2。
方向墩底
（m）墩中点
（m）墩顶
（m）单位力作用点
（m）横向1.39E-052.68E-054.23E-054.56E-050.930.630.330.32纵向5.91E-051.26E-042.05E-042.08E-040.990.610.290.32
纵向单自由度模型按3跨计算，模型的换算质量包括一联主梁和二期恒载总质量，以及固定墩的盖梁、墩身的换算质量，而模型的换算刚度则为固定支座处桥墩及其基础的纵向刚度。

5.6.3纵向地震作用下地震反应分析及抗震验算
E1地震作用
地震反应计算
纵向周期：

反应谱加速度：

作用于中墩活动支座顶面的地震力：

作用于边墩活动支座顶面的地震力：

作用于固定支座顶面的地震力：

墩柱强度验算
A类抗震设计E1作用下只验算桥墩的强度,验算时考虑恒载和地震力作用下弯矩、轴力的组合。
纵桥向固定墩墩底截面为最不利受力截面，墩底组合轴力为：

墩底组合弯矩：

采用UCfyber程序计算墩底截面，其中材料强度采用设计值，计算得墩底截面纵向抗弯强度（等效屈服弯矩）为，可见满足强度要求。抗弯强度也可按桥梁设计规范的相关公式计算。
E2地震作用
桥墩位移需求计算
假设在纵向E2地震作用下桥墩处于弹性状态工作，不进行刚度折减，计算弹性状态下的地震反应，纵向周期扔为3.0s,则反应谱加速度为：

作用于中墩活动支座顶面的地震力：

作用于边墩活动支座顶面的地震力：

作用于固定支座顶面的地震力：

纵桥向固定墩墩底截面为最不利受力截面，墩底组合轴力为：

墩底组合弯矩：

采用UCfyber程序计算墩底截面，其中材料强度采用标准值，计算得墩底截面纵向等效屈服弯矩为，显然，墩底截面将发生屈服弯矩和等效屈服曲率，则截面等效抗弯刚度：

将等效抗弯刚度代入原模型，计算得到折减之后的纵向换算刚度为：

则纵桥向刚度折减后周期：

反应谱加速度：

固定墩墩