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两跨连续梁桥抗震设计的一个问题

发布于:2015-05-04 09:29:04 来自:道路桥梁/桥梁工程 [复制转发]

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摘要:中间桥墩为独柱式墩的两跨连续梁桥,当中间独柱墩采用板式橡胶支座,而在两端伸缩缝处采用滑板支座时,在横向地震下,可能在中间独柱墩上产生较大扭矩。通过一个工程实例,分析了这种情况下的横向地震反应,并提出了设计注意的问题和改进措施。

在公路工程中,预应力T形梁与空心板等结构被广泛应用于先简支后连续型连续梁桥中。当上部结构采用这种板式或肋梁式结构时,一般在其中间各墩上采用板式橡胶支座,而在两端伸缩缝处采用滑板支座,这主要是基于温度效应的考虑。
但是这种支座布置方案,在应用于两跨连续梁桥,并且中间桥墩为独柱式墩时,就可能在抗震上出现不利的受力情况。
1 存在的问题

以某预应力T形梁连续梁桥为例,取其端部的一联,该联为两跨,其跨径为29.5+29.5m,一端为桥台,一端为过渡墩,中间为200×150cm(宽×厚)独柱式墩。中间墩顶设置板式橡胶支座,桥台与过渡墩处设置滑板支座。桥址处地震设防烈度为9°。


利用有限元分析程序建立的抗震分析模型,采用空间梁单元模拟桥墩、支座、桥面梁等构件,计算得到前3阶振型,其振型频率分别为0.47862、0.64586、0.72179。值得注意的是,该桥的第1阶振型既不是纵向振动,也不是横向振动,而是扭转振动。这是由于两端桥台与过渡墩上的滑板支座抵抗力太小,不能有效约束全桥的扭转变形。全桥的抗扭刚度主要由中间独柱墩的自身抗扭刚度提供,而独柱墩的自身抗扭刚度是有限的,因此,扭转振动上升为第1阶振型。对该桥在顺桥向输入地震,反应谱分析得到独柱墩底的顺桥向弯矩M=2.01E+07N·m,扭矩T=3.82E+03N·m。相对于弯矩M,其扭矩T很小,这是因为在顺桥向结构是对称的,输入地震时很难激励其扭转振型。对该桥在横桥向输入地震,反应谱分析得到独柱墩底的横桥向变矩M=7.79E+05N·m,扭矩T=3.66E+06N·m,可见在横桥向由于结构不是完全对称,其第1阶扭转振型被激励,而两端的桥台与过渡墩上的滑板支座不能提供多少抗扭能力,主要由抗扭刚度相对比较大的独柱墩承担扭矩。因此,在数值上,扭矩T达到弯矩M的4倍以上。而在一般的桥梁抗震分析中,扭矩一般比弯矩小2个数量级。


由于钢筋混凝土构件的抗扭能力一般不强,在如此强大的扭矩作用下,独柱墩底易发生弯扭破坏。由于墩底与墩顶的扭矩相等,也可能独柱墩顶外侧板式橡胶支座先被剪坏。

JTJ004—89《公路工程抗震设计规范》〔2〕对于板式橡胶支座梁桥的顺桥向、横桥向抗震计算均有相关的规定(第4.2.6、4.2.7条),这些规定没有考虑结构的扭转效应,这在大多数情况下是可以适用的。但在上述情况下,全桥的整体扭转效应显著,且主要由独柱墩的局部扭矩抵抗时,规范给出的计算式是不能完全适用的,应通过空间计算解到这些局部扭转效应。如果直接套用规范公式,仅仅只进行桥墩的抗弯、抗剪验算,而忽略抗扭验算,就可能得出错误的结论。

2 改进措施
由于滑板支座不能提供桥台、桥墩与上部的有效联结,因此,可考虑在两端的伸缩缝处,滑板支座改为板式橡胶支座,加强桥墩和桥台与桥面
的联结,通过两侧的桥墩和桥台来抵抗整体扭转效应,以保证独柱墩墩身与墩顶支座的安全。另一方面,也可将独柱墩改为双柱式墩,通过双柱的相互共同整体作用抵抗整体扭转效应,以减小墩身的局部扭矩。实际设计时,可采用上述其中一种措施,或两种措施同时采用,来解决扭转问题。


将该桥的滑板支座改为板式橡胶支座,重新计算。在横桥向输入地震,得独柱墩底的横桥向弯矩M=1.66E+06N·m,扭矩T=6.49E+04N·m,可见在改为板式橡胶支座后,横桥向的刚度提高,独柱墩底的反应弯矩增大,但是扭矩反而减小了约50倍。可见将滑板支座改为板式橡胶支座有很好的效果。由于该联长度不大,由此产生的温度效应也是容易调整的。


如果不改变支座,将上述桥中间的独柱墩改为双柱式,对该桥在横桥向输入地震,计算得双柱墩底的横桥向弯矩M=4.78E+06N·m,扭矩T=3.67E+04N·m,可见在改为双柱式墩后,尽管横桥向的刚度提高,独柱墩底的反应弯矩增大,但是墩底的扭矩仍然减少很多,在数值上比弯矩要小2个数量级。


3 结论
两跨连续梁桥,中间桥墩为独柱式墩,并采用板式橡胶支座,而在两端伸缩缝处采用滑板支座时,在横向地震下,可能在中间独柱墩上产生较大扭矩。在设计这种桥梁时,应特别注意验算独柱墩的抗扭能力,及独柱墩顶外侧的板式橡胶支座。为避免结构的这一不利受力情况,可采用板式橡胶支座取代两端伸缩缝处的滑板支座,或将中间独柱墩改为双柱式墩。


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  • dpf_1969
    dpf_1969 沙发
    两跨桥梁,一般在伸缩缝处是不准采用滑板支座的
    2015-05-04 13:33:04

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这个家伙什么也没有留下。。。

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