抗震计算—50+60+50抗震计算.docx

一、工程概况K444O33.729/K44+035.763桥位于楚雄连汪坝至南华县城一级公路7合同牛凤龙段，为 主线上跨楚大高速而设。孔跨布置为左幅3x30+3x30+3x30 +（50+60+40） m,右幅 4x30+4x30+（50M0+50）m先简支后连续预应力小箱梁和连续钢箱梁桥，借墩台设置。本桥平 面分别位于缓和曲线（起始桩号:K43+819.332,终止桩号:K43归25.604,参数A:312.65,右偏）、 圆曲线（起始桩号:K434925.604,终止桩号:K44+165.386,半径:425m,右偏）和缓和曲线（起 始桩号:K44+165.386,终止桩号:K44+238.925,参数A:312.65,右偏）上，纵断面纵坡-1.81%： 墩台径向布置。采用3、4孔一联连续结构，按半幅计左幅桥设4联，右幅桥设3幅，全桥共 设9道伸缩缝。根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001）及云南省地震动峰值加速度区划图、 云南省地震动反应谱特征周期区划图，桥位处中硬场III类场地，地震动峰值加速度值为 0.15g,地震动反应谱特征周期为0.45s,地震基本烈度值为VII度，分组为第二组。本计算书对大桥右幅第三联进行计算，桥型布置图如下图所示。右If展开立再n：inoi）6114.7；358E516874.11加则J 840,792slim|<|川1*1出sl-Ih平面(1:1000)图1.1桥型布置图图1.2主梁横断面箜幽鲤£稣纨11%I如UJffl_中ikwMWIO krrWUii*16C0 ws-得s'1 炽 101J8X.G14?l| 40I。分卸灯彳灌商而日：250»图13剖面示意二、自振特性分析全桥有限元计算模型示于图2.1,从左到右依次是9号墩、10号墩，9号墩为固定墩。其 自振周期及相应振型列于表2.1,示于图2.2。表2.1自振特性一览表模态号频率/Hz周期/S振型特征10 5354911.867445主梁纵飘21.9127410.52281主梁竖向对称弯曲32.1750610459757主梁桥墩纵向弯曲42.2629290 441905主梁横向对称弯曲52.7988740 357287主梁竖向反对称弯曲63.5005510.285669主梁竖向对称弯曲第一阶振型主梁纵飘第二阶振型主梁竖向对称弯曲第三阶振型桥墩纵向弯曲第四阶振型主梁横向对称弯曲第五阶振型主梁竖向反对称弯曲第六阶振型主梁竖向对称弯曲图2.2振动模态三、地震输入El、E2水准地震时，均按反应谱输入。El、E2反应谱函数分别如下图3.1、3.2所示。桥位处中硬【II类场地，地震动峰值加速度值为0.15g,地震动反应谱特征周期为0.45s,地震 基本烈度值为VII度。输入数磐桥梁类型A ® B O C O D分区特任周期0.350 0.4 0.45场地类型I on ni oiv-设防烈度6(0.05/7(0. 10)0 7(0 158 ©.20g)8 ©.30g)9 (0.40矽抗震规范® ElO E2阻尼比： 糜2/高速满4级灿上纸桥，特大桥竖向加吏度反应谱。基皆。土是特征周期cig)：0.65(Sec)重要性泳燮(Ci):0.S0场地系数(Cs):1.23阻尼诚饕荣教(Cd):FPA :Srifty：(=2.25*Ci)iC5*CdxFPA):1.320. 150.27g8结柄是大周期：6. 03(Sec)0.16W90.21250.0670ZN0.01702$4 0.01 0.51 1.01 1.>1 2.01 251 3.01 3.51 4X)1 4.51 期购;)5.01 S.51 .01图3.1 E1反应谱输入函数输入数据析梁美型Da b 0c 个。分区特征尚舞10.350. 4 0.45场地奏坦I c n ® in iv设防烈度6 (0.05g)7(0.10g) e T (0.15g)8(D.20Q8(0.3%)9 (0.40e)抗焉规范El E2阻尼比：|0. 02V高速公路和一级公路上的大析、样大析竖印)诋度反应垮。酬O±B0.85790.75790.65790.55790.45790.35790.25790.15790.05789990.01 0.51 1.01 1.51 2.01 2.51 3.01 3.51 4.01 4.51 5.01 5.51 6.01周期（秒）图3.2 E2反应谱函数四、抗震性能验算!1!4.1 E1作用下桥墩的抗震强度验算桥墩截面尺寸如图4.1所示。图4 1桥墩截面4.1.1 E1作用下桥墩抗压能力验算9号墩底单元截面使用阶段正截面轴心抗压承载能力验算：1) 、截面偏心矩为0,做轴心抗压承载力验算：为 Nd= 3278.9k NNn = 0.900 伯"琳 A)=0.90x1.00x(13.80x3240000.00+280.00x62735.40)=56050.12kN亢NdWOSOWidAHsdA)，轴心受压满足要求。2) 、9号墩底单元Fx最小时(My)的偏心受压验算：e 0 = Mdg = 10239208058.06/3278865.30 = 3122.79111111e = Te0 + h/2 - as = 1.00x3122.79+1800.00/2-138.00 = 3884.79mme' = Te0 + as> - h/2 = 1.00x3122.79+138.00-1800.00/2 =2360.79mmNd = 3278.8kN, yQNd =3278.8kN.e=l2737.7kN-m, y0Nde = 7740.7kN m假定大偏压，对YoNo作用点力矩取零，得到x计算的方程为：b/2xxA2 +0x bx (eho)xx +0x (bf-b)hf(e-ho+hf/2)-fSdAse+td,Ae, = 0 求得 x=150.32mm.C=x/hQ =0.09x<2ar= 2x138.00 = 276.00 nun,故应验算为xNd'e切AiAXho-ag),Nn= tdAs(li0-a)/e,= 280.00x20107.50x(1662.00-138.00)/2360.79=3634.5kN oNdWM,偏心受压满足验算要求。.3) 、9号墩底单元My最大时的偏心受压验算：eo = Md/Nd= 10239208058.06/3278865.30 = 3122.79mme = eo+h/2as= 1.00x3122.79+1800.00/2-138.00 = 3884.79mme' =eo+a厂h/2 = 1.00x3122.79+138.00-1800.00/2 = 2360.79mmNd = 3278.8kN,)'oNd = 3278.8kN.7oNde =12737.7kN m, ；oNde, =7740.7kN-m假定大偏压，对YoNo作用点力矩取零，得到x计算的方程为：dx b/2xxA2 +0x bx (e-lio)x x +0x (bf-b)hf(e-h04-hf/2)-tdAse+t(f Ae' = 0 求得 x=150.32 nun.= 0.09x< 2a'= 2x138.00 = 276.00 mm,故应验算无xNdXe切扇AsQio-ag)。Nn= fsdAXho-aQ/e280.00x20107.50x(1662.00-138.00)/ 2360.79=3634.5kN为NdM，偏心受压满足验算要求。4) 、9号墩底单元My最小时的偏心受压验算：eo = Md/Nd =10239244081.57/9099207.77=1125.29nune =eo+h/2as= 1.00x1125.29+1800.00/2-138.00 =1887.29mme' =eo+a厂h/2 = 1.00x1125.29+138.00-1800.00/2 =363.29mmNd =9099.2kN, y0Nd =9099.2kN.yoNde=17172.8kN-m, 7oNde'= 3305.6kNm假定大偏压，对YoNo作用点力矩取零，得到x计算的方程为：b/2xxA2 +0x bx (eho)xx +0x (bf-b)hf(e-ho+hf/2)-fSdAse+iscrAe, = 0 求得 x =635.87mm.C= x/ho =0.38Nn= tdbx+tdA- ctA= 13.80x1800.00x635.87+280.00x20107.50-280.00x20107.50=15795NNne = £d bx(lio-x/2)+ (bf-b)hf (lio-hf/2) +fsd (lio-a )= 29809.8kNm 综上，Nn取15795kN,偏心受压满足验算要求。表4.1 El作用下桥墩承载力验算墩号类型x(mm)rNd(kN)e(mm)Nn(kN)取Nn是否通 过验算9(固定)轴心-Fxnun03278.86530056050.1208是是偏心Fg皿(My)0.15033278.86533.88482.36083634.4919是是偏心-Mymax0.15033278.86533.88482.36083634.4919是是偏心-My皿10.63599099.20781.88730.363315795.0498是是10轴心-Fxnun03246.38940056050.1208是是偏心Fg皿(My)0.95753246.38941.5052-0 018824256.4274是是偏心-Mymax0.95753246.38941.5052-0 018824256.4274是是偏心-My皿11.18628976.96591.0308.0.493233491.274是是4.1.2 E1作用下桥墩受弯承载力验算图4.2 E1作用下轴力弯矩曲率曲线桥墩截面承载力：Mu = 04(%-a；) + bxClig -) = 400x12063x(1724-76) + 14.3x1800x145x(1724-145/2) 2= 1424 玉 Nm桥墩墩底最大弯矩Mmax=10461.96kN ni<Mu=14245kN m，满足设计规范。根据公路抗震设计细则，E1地震作用下桥梁结构处于弹性状态，计算采用轴力弯矩-曲 率曲线中的首次屈服弯矩进行控制，若E1地震作用下塑性钗区的弯矩小于首次屈服弯矩即认 为桥梁结构处于弹性状态，从上图4.2可以看出首次屈服的弯矩为17718kN m, 9号墩、10 号墩计算结果见下表：表4.2 E1地震作用下弯矩验算墩号墩底弯矩 Mniax(kN-m)(kN-m)(kN-m)MiMg.也是否通过验算9 （固定墩）10461 961424517718是是102412.81424517718是是因此，桥墩在E1水准地震作用下，墩底的最大弯矩小于桥墩的初始屈服弯矩，桥墩处于 弹性状态，桥墩满足公路桥梁抗震细则的E1条件下抗震设防要求。4.1.3 E1作用下桥墩抗剪能力验算5号墩最大容许剪力Vs = 0.1-=0.1x9.05x180x330.00/10.00 =5375.7kNW0.067屈4=0.067X V20A X 23225.76 = 6976.58 kN所以 Vs=5375.7KN=0.85 x（0.0023x/20?lx 2322576+5 375.7） = 47729KN在El作用下桥墩最大剪力V=1225.13kNV%, = 4772.9kN,故满足设计规范。4.2 E2作用下验算4.2.1 E2作用下位移验算与塑性饺转动能力验算桥墩截面弯矩曲率曲线如下图4.3所示曲统类型:弯矩kN'm曲率1/m(+)(-)仕）(-)7915.49507915.49500.0003312(O.OO33312E21712.476?21712 476?0.0017470(0.0017470(24901.036124901. 038i0.0030C24J0.0030C24E25654.746125654 了阳f0.0020642(0.0020642(23741.605123741 8C510.0337235!0.03372351图4.3 E2作用下轴力弯矩曲率曲线由上图的弯矩曲率曲线可知中广0.002 中0034Lp=0.08H+0.022ds=0.08x925-H).022x400x3.2=102.16>0.044fyds=5632cmLp=2/3xb=2/3xl80=120cm因此 Lp=102.16cm=1.0216m塑性皎区域最大容许转角：% = Lp（啊一例）/K =1.0216x（0.034-0.002）/2=0.0161）、墩顶位移的验算9号墩墩底容许位移：1 7Lnu =jHVy + （H-）=1/3x9.25x9.25x0.002+（9.254.0216/2）x0.016=0.2111Ad=0.18<Au故满足设计规范10号墩墩顶容许位移：1 2Ld =Hpz +（H 工）0 =O.174mii 3 Y 2 I】d=0.04<Au故满足设计规范。9号墩、10号墩墩顶位移域容许位移比较如下表4.3所示，从表中可以看出墩顶位移满 足设计规范。表4.3墩顶位移比较墩号方向墩顶位移 d（m）容许位移 u（m）dV是否通 过验算9（固定墩）顺桥向0.180.2是是横桥向0.0340.09是是10顺桥向0.040.174是是横桥向0.030.09是是2）、塑性钗区域塑性转动能力的验算：9号墩塑性钗转动能力的验算：在E2作用下，潜在塑性钗区域塑性转角：0p = 0.01 < 0U = 0.01610号墩塑性饺转动能力的验算：在E2作用下，潜在塑性钗区域塑性转角：0P = 0.002 V 0U = 0.016表44塑性校区域塑性被转动能力的验算墩号%Ou0p<0u是否通过验算9（固定墩）0.010016是是100.0020016是是从上表可以看出塑性钗转动能力满足抗震设计规范。4.2.2能力保护构件1）、桥墩的验算轴力 F=5245kN根据轴力计算出受压区高度Q145mm顺桥向：Mu = 0#% - a；) + bxClig -) = 400x12063x(1724-76) + 14.3x1800x145x(1724-145/2) 2= 1424 玉 Nm墩底极限弯矩M=14245kN公式(6. 8. 2-1)有：MxYo = 0° =1. 2x14245/8. 577=1993kNHn横桥向墩底极限弯矩Mg=14245kN墩顶极限弯矩=1424±N公式(6. 8. 2-4)有：M * + M50 = / =1. 2x(14245+14245)/ 8. 577=3986kNHn首先对桥墩的容许剪力进行计算，* = 0.1 竽=0.1x9.05x180x330.00/10.00 =5375.7kNW0.067屈4=0.067X V20A X 23225.76 = 6976.58 kN所以 Vs=5375.7KN国=机0.0。2板山+v)=0.85 x(0.0023>/20?lx 2322576+5 375.7) = 47729KN下表4.5为9号墩、10号墩塑性皎剪力与桥墩容许剪力的比较：表4 5剪力比较墩号方向Vco(kN)VoxQcN)VcoCVe是否通过验算9（固定墩）顺桥向19934772.9是是横桥向39864772.9是是10顺桥向19934772.9是是横桥向39864772.9是是由上表可知桥墩的设计满足能力保护构件要求。2）、盖梁的验算根据配筋计算出桥墩截面横向抗弯承载能力MhMh= fAOi/l-aJ=400x168882x(900-76)= 111327kN m盖梁计算公式(6.8.3)得：Mpo =令。M*c +MG=1.2xlH32.7+2600=15959.24kNm根据盖梁配筋对盖梁正截面抗弯能力计算：Mu = f5kA(|-as)+ f A3 (y-a；)+ fckbx(-|)= 400x305596x(950-10令+ 400x152798 (950-109+ 20.1x2100x144.8x(95097/2)= 2144CkNmMpo < M”满足设计规范。由公式6.8.4得盖梁剪力设计值：Vco =° N*："*T.2x21440x2/6.7=7680kN根据规范JTGD62-2004公式5.2.7.2计算盖梁斜截面抗剪承载能力：Yes =。1。2。3°45 X 10一3 赤° J(2 + 0.6P)y/J/psvfsv=1.1 X 0.45 X 10-3 X 2100 X 1840J(2 + 0.6 X 30157) X 何 X 0.0032 X 330=7214kNVsb = 0.75 X W3 fsdAsb sin0s=O.75 X 103 X 360 X 15279.8 X sin45 = 2673kNVco <Vcs + Vsb= 9887kN满足设计要求4.2.3 E2作用下基础验算桩底入岩，中风化，碎块状，按端承桩计算，9号墩入岩深度8.8111, 10号墩入岩2.8m。9号墩单桩轴向受压承载力计算如下：&a = CiApg* + IZ: C?仇i frkl + l/2su: iQki1=11=1=0.4 X7.5998 X40000+6.908 X0.03 X 8.8X40000+1/2X0.2 X 8.8 X160=194686kN10号墩单桩轴向受压承载力计算如下：&a = ClApfrk + U: C?仇i frkl + l/2su: iQki1=11=1=0.4X7.5998X40000+6.908X0.03X2.8X40000+1/2X0.2X2.8X160=144852kN9号墩、10号墩桩顶轴力如表4.6所示，从表中可以看出，9号墩、10号墩桩基承载力均满足设计要求。表4.6基础承载力比较墩号桩顶轴力N (kN)单桩承载力 r(xn)N<RJ是否通过验算9(固定墩)21634195615是是1021331136736是是4.3构造细节设计桥墩箍筋直径为12mm,满足规范箍筋直径不小于10mm,加密区间距为10cm,满足规 范不大于lOcin,加密区长度为280cm大于180cm满足设计规范。塑性皎区域箍筋最小含箍率：fcPsjnin = 0.& + 4.17( - 0.1)(pt - 0.01) + 0.02Jyh14 3=0.1 X 0.347 + 4.17 X (0.347 一 0.1) X (0.021 一 0.01) + 0.02 X =0.0028 < 0.004所以 Psjnin =。.。4表4.7桥墩构造细节名称柱直径(cm)主筋箍筋主筋直径 (mm)主筋根 数主筋间距 (cm)配筋率箍筋直径 (mm)箍筋加密 间距(cm)加密区 长度(cm)箍筋率实际配筋180327810.30 02112102800.006设计规范-<200 01944-0.13>10<10>1800.004是否满足-是是是是是是五、小结通过对牛凤龙大桥的抗震计算分析，可得到一下结论：(1) 、在E1水准地震作用下，桥墩处于弹性状态，桥墩满足公路桥梁抗震细则的E1 条件下抗震设防要求；墩顶位移小于墩顶容许位移，满足抗震规范要求；桥墩塑性钗区域最大剪力小于容许剪力，满足抗震要求;基础承载力满足设计要求；盖梁正截面抗弯强度与斜截面抗剪强度均满足设计要求;(2) 、在E2作用下，(3) 、在E2作用下，(4) 、在E2作用下，(5) 、在E2作用下，(6) 、桥墩构造措施也满足设计规范要求。