高烈度公路弯桥的抗震设计

高烈度公路弯桥的抗震设计

杨,万,鹏

（中铁二院工程集团有限责任公司南宁勘察设计研究院，南宁市，530022）

摘要：9度区的公路弯桥项目在全国中比较少，高烈度对桥梁结构的地震效应明显，与弯桥的力学特性耦合和，对于高烈度弯桥的抗震设计提出了更高的要求。本文对318国道中康定过境线的小松林大桥进行了反应谱和时程分析。通过对地震方向的输入、减隔震支座的设置，时程曲线的选择进行了设计研究。

关键词：高烈度 弯桥 时程分析 减隔震

1 引言

在《中国地震动参数区划图GB18306-2015》[1]中9度区的划分区域较少，主要集中在西南片区，分布得零散，可以说是以点的形式分布在云南、西藏、四川、甘肃、新疆。由于分布零散及区域小，在工程选址上大原则是避开，所以对高烈度弯桥的研究比较少。而国家西部大开发的战略推进及全国交通网的完善，不可避免的在这些9度区地方建设公路项目，对高烈度公路弯桥的抗震设计研究具有一定的意义。

2 工程概况

国道318线康定市过境段公路位于甘孜藏族自治州康定市境内，路线走向与G4218线川藏南线高速公路处于同一走廊带内，是川藏南线进藏大通道的组成部分。康定市在中国地震动区划图中为9度区，小松林大桥为康定过境线中的一座弯桥，跨度为（4×30+4×30）的钢线连续梁桥，分为两联。桥墩高度2～32m，高度变化幅度大，对桥梁刚度的过渡变化影响很大。桥墩采用双柱圆形墩和矩形墩，基础采用桩柱基础和承台基础。

图1 桥梁模型图

3 反应谱及时程分析

3.1反应谱分析

由《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007），本桥公路二级路弯桥，属于B类桥梁。反应谱参数见表3.1

表3.1工程场地地表设计地震动参数

3.2时程分析

对于曲线桥梁，公路桥梁抗震规范[2]对于地震作用的方向有顺桥向X、横桥向Y和竖向Z，对于曲线桥桥轴线方向每一孔梁的局部X、Y方向是不同的，一座桥的哪一个方向输入地震才是对弯桥引起最大的地震效应,规范上未作出规定，孟杰[3]提出了出了在轴力和双向弯矩作用下的最不利Bresler屈服面为最不利地震作用方向。本项目选取采用人工实录地震波，通过时域方法对地震实录波进行调整。地震输入方向为每一孔梁的局部X、Y方向，有8个方向，最后对地震荷载效应进行包络，得到引起桥梁结构最大的地震效应，如图3.1所示：

图3.1地震作用输入的8个方向

地震响应计算结果取三条地震波的最大值如图3.1-3.1

4 减隔震设计

高烈度区桥梁设计中往往采取了抗震设计措施，如文献[4]中在桥台和过渡墩处采用LNR 型橡胶支座，在连续墩处采用 HDR 型高阻尼隔震橡胶支座，支座的本构模型为双线性恢复力模型模拟，研究了纵横向地震对桥墩配筋影响。孙志国[5]课题组则研究了在双柱墩上设置了延性系梁，在罕遇地震作用下系梁作为能力保护构件先屈服，从而减少对双柱墩的地震影响。为了满足本桥的抗震性能，本桥采用减隔震设计，设置超高阻尼减隔震橡胶支座。超高阻尼隔减震橡胶支座是目前9度区桥梁隔震设计中应用的比较多的一种减震支座，其结构示意图如图4.1。为简化起见，根据滞回曲线中正反向加载时的初始刚度与卸载时的刚度基本平行以及正反向屈服后刚度也基本互相平行的特性，将支座的滞回曲线简化为双线性曲线，从而建立摩擦摆式减隔震支座滞回曲线的等价线性化模型如图4.2所示，支座参数如表4.1所示。

表4.1减隔震支座动力设计参数（单个支座）

5 弹塑性单元设计

本桥考虑在地震作用效应桥墩进入延性，对双柱墩墩顶和墩底设置弹塑性单纤维元。计算了各控制截面的弯矩－曲率关系，从而得到各控制截面的初始屈服弯矩My和等效屈服弯矩Meq。截面配筋及轴力弯矩曲率曲线如图5.1-5.4所示

6 结果分析

在E1和E2作用下，包络各个地震输入方向的最大地震效应，提取了未设置减隔震支座最高的两个桥墩桥墩的内力数据及屈服弯矩算的安全系数（等效屈服弯矩/荷载效应弯矩）如表6.1-表6.2

表6.1桥墩和桩基截面等效屈服弯矩验算（E1地震作用）

表6.2桥墩和桩基截面等效屈服弯矩验算（

E2地震作用）

由表中数据可知桥墩在E1作用下属于弹性阶段，在E2作用下最高墩3号墩墩顶出现屈服，混凝土进入弹塑性状态。设置减隔震支座后桥梁受力有改善，如图6.1所示为个墩安全系数在设置减隔震支座后都有提高：

图6.1设置减隔震支座安全系数提高图

7 结论

本文通过对小松林大桥的抗震设计，对于地震波输入方向，考虑多方向输入，包络各跨桥轴线的X和Y局部方向影响，提取桥墩地震相互影响的最大值，得出了在罕遇地震作用下部分桥墩进入弹塑性状态，对桥梁结构采取抗震措施，在矮墩设置减隔震支座后，桥墩安全系数有所提高，满足规范要求。本桥在2022年9月5号发生的四川泸定县6.8级地震中保持结构完好，不影响桥梁的运营，为以后有此类桥梁的抗震设计提供参考。

参考文献

[1] 中国地震动参数区划图（GB18306-2015）[S]

[2] 公路工程抗震规范(JTG B02-2013)[S]北京：人民交通出版社.2013

[3] 孟杰.基于屈服面的曲线梁桥地震动最不利输入方向[J]-振动与冲击.2013,32（3）:115-118

[4]韩健. 高烈度区桥梁抗震性能研究[J]宁夏工程技术.2015（9）：252-254

[5] 孙治国.设置延性系梁的桥梁双柱墩抗震能力研究[J] 桥梁建设.2015,45（1）：39-44

作者信息：杨万鹏 硕士研究生 从事桥梁设计工作