桥梁抗震计算书解析Word格式.docx
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桥梁抗震计算书解析Word格式.docx
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根据野外鉴别、原位测试结合室内土工试验成果,本次钻探揭露120m深度范围内的地层综合划分为5个岩性单元层,岩土层自上至下分别为:
1素填土(Q4ml):
灰黄色,稍湿,稍密状,主要由石英质中粗砂人工回填而成,含较多碎石块,已完成自身固结,人工填岛堤岸及施工便道均为抛石。
该层仅在ZK0钻孔有揭露,揭露厚度3.30m,层顶高程5.45m=
2淤泥(Q4m):
深灰色,饱和,流塑-软塑状,主要由粘性土组成,切面光滑,
十强度中等,韧性高,具有腐臭味,土质污手,该层层表呈现为淤泥混砂和流泥状,下套管时可依靠自重下落,层底呈软塑状粘土。
该层全场均有分布,厚度8.00〜
11.40m平均厚度9.60m,层顶埋深0.00〜3.30m,层顶高程2.15〜-5.45m=
3粘土(Q2m):
棕红色、灰黄、灰色,湿,可塑~可塑偏软,主要由粘性土组成,局部含较多中粗砂,韧性中等,干强度高,切面光滑,稍有光泽反应,无摇震反应。
该层在钻孑LZK0~ZK6、ZK7-左、ZK7-右、ZK8-左、ZK7~ZK9-补、ZK11-补、ZK13-补和ZK15-补有揭露,厚度1.20〜4.90m,平均厚度2.59m,层顶埋深8.00〜
14.80m层顶高程-8.50〜-17.41ml
4粗砂(Q2m):
灰黄、灰色,湿,中密状,主要由石英质粗砂组成,含少量粘性土,分选性较差,颗粒级配一般,胶结性一般。
该层在钻孔ZK9~ZK14、ZK8-右、ZK7~ZK9-补、ZK11-补、ZK13-ZK15-补有揭露,厚度0.50〜6.10m,平均厚度2.12m,层顶埋深10.6S14.80m层顶高程-10.98〜-19.41m
5粉质粘土(N2m):
深灰色、宵灰色,可塑-硬塑-坚硬状,以硬塑和坚硬状
为主,主要由粘性土组成,含少量中粗砂,岩芯呈土柱状-坚硬薄饼状,局部夹
半岩状硬夹层,切面稍有光滑,具有光泽反应,无摇振反应,十强度较高,韧性中等。
该层全场均有揭露,未钻穿,层顶埋深9.90〜19.20m,层顶高程-10.40〜-20.61m
3技术标准
1)荷载等级:
城市一A级;
2)人群荷载:
3.5kN/m2;
3)抗震设防烈度:
8度,设计基本地震加速度峰值:
0.3g;
4)抗震设防类别:
丁类,设计方法:
B类,抗震设防措施等级:
8级;
5)场地类型:
II类;
6)环境类别:
m类;
7)桥梁设计基准期:
100年;
4计算资料
1)计算软件:
MidasCivil—2011
2)支座类型:
铅芯隔震橡胶支座。
3)支座参数:
中墩支座高度为320mm,平面尺寸1320mmx1320mm,水平刚度
12.5kN/mm
边墩支座高度为268mm,平面尺寸770mmx770mm,水平刚度
4.1kN/mm;
4)立柱:
立柱底平面尺寸:
2000X2200mm,立柱顶平面尺寸:
2000X2400mm
(中墩),2000X2600mm(边墩),墩柱高度在5.297m~12.079m之间;
墩柱底部截面配两层①32钢筋,共80根。
延伸至墩身以上4米处内层钢筋截断,4米以上墩身变为一层钢筋,共40根。
墩身底以上4米范围内箍筋采用①16@100钢筋,4米以上采用①16@150钢筋。
5)承台:
承台尺寸为横桥向长14.4m,纵桥向宽5.4m,高2.5m。
横桥向底层主筋为单层①32@130钢筋,顶层为主筋为①16@130钢筋;
横桥向底层主筋为单层①32@130钢筋,顶层为主筋为①16@130钢筋;
箍筋为①16@130钢筋,全部采用HRB335钢筋。
主筋保护层厚度为60mm,箍筋保护层厚度30mmo
6)桩基:
桥墩位处一共8根钻孔灌注桩,桩长为L=51.0m,桩径1.2m。
桩身配筋为:
主筋①28共22根,其中11根为通长筋,11根在距桩底20m处截断;
箍筋为①10螺旋钢筋,在距承台底2m范围内为加密段,间距为@100mm,其余部分问距为@200mm。
主筋保护层厚度为8mm,箍筋保护层厚度30mm。
5作用效应组合
地震作用为偶然作用,根据《公路桥涵通用设计规范》、《城市桥梁抗震设
计规范》、《公路桥梁抗震设计细则》(下简称抗震细则)的规定,确定以下4
种偶然效应组合。
E1纵向组合:
恒载+E1纵向地震效应;
E1横向组合:
恒载+E1横向地震效应;
E2纵向组合:
恒载+E2纵向地震效应;
E2横向组合:
恒载+E2横向地震效应;
6设防水准及性能目标
1)根据《城市桥梁抗震设计规范》,该桥的抗震设防标准为丁类,因为该桥为大桥,本次设计同样考虑E2地震作用效应。
2)根据抗震细则,该桥的抗震性能分析,采用二水准设防、两阶段设计和
基丁结构性能的抗震设计思想。
根据震后结构修复的难易程度以及相应的经济损
失所决定的风险程度。
结合《城市桥梁抗震设计规范》丁抗震细则,本次抗震重要性系数Ci取值
如
表6-1所示。
桥梁主要构件的性能目标如表6-2所示。
表6-1抗震重要性系数Ci
E1地震作用
E2地震作用
市政桥梁
0.35
1.7
表6-2桥梁结构抗震性能目标
设防地震
水准
结构性能要求
结构校核目标
E1地震
作用
桩基础在弹性范围内工作
地震反应小于首次屈服弯矩
桥墩在弹性范围内工作
支座不发生男坏
验算支座男力、位移
E2地震
桩基础基本在弹性范围内工作
地震反应小于等效屈服弯矩
墩柱保证小倒塌或严重结构损伤
可按延性构件设计
支座可以男坏,但保证/、落梁
验算限位挡块强度
7地震输入
根据抗震细则规定,阻尼比0.05的水平设计加速度反应谱取为:
Smax(5.5T+0.45)
s=Is
77max
Smax(Tg/T)
其中,Smax为水平设计加速度反应谱最大值Smax=2.25QCsCdA,Tg为特征
周期。
Ci为抗震重要性系数,Cs为场地系数,Cd为阻尼调整系数,A水平向设计
基本地震动加速度峰值。
根据设计原则和地质报告,桥梁场地为皿类场地,设防烈度区为8度区,按
8度设防。
Tg取为0.55s,场地系数Cs取为1.0;
桥梁阻尼比为0.05,阻尼调整系
数Cd为1,水平向设计基本地震动加速度峰值A为0.3g。
E1和E2水准下,主桥
水平■向设计加速度反应谱如4-1
8动力特性分析
8.1动力分析模型
桥梁动力特性分析采用离散结构的有限单元方法,有限元计算模型均以顺桥向为X轴,横桥向为Y轴,竖向为Z轴。
主梁,桥墩和桩基均离散为空间的梁单元,承台模拟为质点,用等效土弹簧模拟桩土相互作用。
与分析对象相接的两联作为边界条件参与建模。
结构动力特性和地震反应分
8.2动力特性
根据图8-1的动力计算模型,对桥梁进行动力特性分析。
表8-1桥梁结构周期以及振型描述
振型顺序
周期(s)
振型描述
1
1.95
墩梁纵向振动
2
0.99
墩梁横向振动
3
0.91
主梁竖弯
4
0.88
5
0.73
9地震反应分析及结果
9.1反应谱分析
采用E1和E2两种概率水平、阻尼比为5%的设计反应谱对该桥进行抗震性能分析。
E1水准下采用毛截面刚度;
E2水准下延性构件采用折减刚度,其他构件采用毛截面刚度。
振型组合方式为CQC。
9.1.1E1水准结构地震反应
墩柱及桩基控制截面的地震反应计算结果汇丁表9-1〜表9-6内
表9-1单柱控制截面内力最大值(E1纵向地震输入)
跨径
(m)
构件
截面位置
地震轴力
(kN)
地震纵向
剪力(kN)
地震纵向弯
矩(kN.m)
4x35
#01
单柱墩底
62
317
3072
#02
120
428
4770
#03
126
427
#04
131
432
4772
#05
65
3063
表9-2单柱控制截面内力最大值(E1横向地震输入)
地震横向
地震横向弯
287
480
3284
376
571
4413
377
570
4407
372
4412
280
481
3290
表9-3单桩控制截面内力最大值(E1横向地震输入)
截面
位置
地震男力
地震弯矩
(kN.m)
桩顶
531
174
380
624
179
381
635
359
632
182
386
533
9.1.2E2水准结构地震反应
支座地震反应如下表:
墩柱及桩基控制截面的地震反应计算结果汇丁表9-〜表9-内
表9-4单柱控制截面内力最大值(E2纵向地震输入)
地震纵向弯矩
78
959
9288
236
1296
14421
176
1295
14422
228
1313
82
965
9224
表9-5单柱控制截面内力最大值(E2横向地震输入)
弯矩
868
1452
12368
1137
1727
10592
1139
1725
10615
1138
10542
847
1453
12423
表9-6单桩控制截面内力最大值(E2横向地震输入)
截面位
置
1605
528
1148
1889
542
1150
1888
541
1149
1890
1603
527
10地震响应验算
桥梁抗震的目标是减轻桥梁工程的地震破坏,保障人民生命财产的安全,减少经济损失。
因此,既要使震前用丁抗震设防的经济投入不超过我国当前的经济能力,乂要使地震中经过抗震设计的桥梁的破坏程度限制在人们可以承受的范围内。
换言之,需要在经济与安全之间进行合理平衡,这是桥梁抗震设防的合理安全度原则。
综合考虑工程造价、结构遭遇的地震作用水平、紧急情况下维持交通能力的
必要性以及结构的耐久性和修复费用等因素,来确定对应地震水平■下结构的抗震性能目标。
桥梁结构抗震性能目标及检算准则见表6-2。
桥墩的初始屈服弯矩为截面最外层钢筋首次屈服(考虑相应轴力)时对应的弯矩,当地震反应小丁初始屈服弯矩时,整个截面保持在弹性。
而等效屈服弯矩为根据截面M分析(考虑相应轴力),把截面M-8曲线等效为双线性所得
到得等效屈服弯矩,此时,截面发生有限损伤,部分钢筋进入屈服,裂缝宽度可能超过容许值,但混凝土保护层还是完好,结构整体反应还在弹性范围。
极限弯矩为截面所能承受的最大弯矩。
如图10-1、10-2所示。
■1
a
ta
iciit(kNm)
OOQQ
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¥
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1!
j
01
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t
将永久作用和地震作用进行最不利组合,根据现行规范计算截面强度或采用纤维单元进行M-*分析,计算桥梁各个控制截面的抗弯能力,从而进行抗震性能验算。
10.1墩身延性验算
由以上计算可知地震作用在顺桥向效应最大,因此以顺桥向为控制计算
表10-1墩底截面顺桥向抗弯承载能力
恒载轴力
开裂弯矩
(kN-m)
屈服弯矩
极限弯矩
墩底
11550
7825
35148
47987
表10-2地震作用下顺桥向抗弯承载力验算
恒载
E1地震抗弯验算
E2地震抗弯验算
轴力
计算弯矩
是否
(kN)
满足
是
E1地震下墩底截面计算弯矩小丁开裂弯矩,墩底处丁弹性状态;
E2地震下墩底截面计算弯矩大丁开裂弯矩,小丁屈服弯矩,保护层混凝土已开裂。
因此,桥墩墩身满足地震下受力要求,满足两阶段设防水准要求。
10.2桩基延性验算
表10-3桩基截面抗弯承载能力
2887
1594
2534
3367
表10-4地震作用下桩基截面抗弯承载力验算
E1地震下桩基截面计算弯矩小丁开裂弯矩,桩基截面处丁弹性状态;
E2地震下桩基截面计算弯矩大丁开裂弯矩,小丁屈服弯矩,保护层混凝土已开裂。
因此,桥墩桩基满足地震下受力要求,满足两阶段设防水准要求。
10.3支座位移验算
表10-5E1地震下支座位移验算
支座型号
容许位移
(mm)
顺桥向位移验算
横桥向位移验算
支座类型
最大位移
是否满足
铅芯橡胶
隔震支座
J4Q
100
48
13
表10-6E2地震下支座位移验算
112
否(支座被剪断)
43
E2地震下支座的计算位移小丁支座的容许地震位移,且有较大富裕,支座
满足地震下位移和受力要求
11结论
在立柱满足抗震细则关丁延性构造措施要求,并且支座水平承载力设计值满足要求的情况下,经过抗震计算,本桥抗震分析结果如下:
1)E1地震作用下,支座水平■位移小丁其水平■容许值,下部结构立柱及桩基处丁弹性状态,满足结构处丁弹性状态的抗震性能目标要求。
2)E2地震作用下,桥墩出现塑性皎,各个能力保护构件强度满足要求,满足结构不倒塌的抗震性能目标要求。
3)E2地震作用下,所有墩支座均被剪坏,限位块间隙10cm,不会发生落
梁灾害。
墩柱及桩基保持在弹性范围,满足抗震性能目标要求。
12抗震构造措施
根据抗震细则第8章的规定,本工程桥梁延性构造措施如下:
12.1墩柱构造措施
1)墩墩塑性皎区域内,箍筋采用加密布置,间距为100mm;
2)墩身箍筋采用直径等于16mm勺HRB33教钢筋;
3)墩身纵向钢筋对称布置,纵向钢筋的面积均大于0.006Ah,且不超过
0.04Ah,其中Ah为墩柱截面面积;
4)螺旋式箍筋的接头采用对接,矩形箍筋应有135°
弯勾,并伸入核心混
凝土之内6ds以上。
5)墩柱纵向钢筋伸至承台的另一侧面,纵向钢筋的锚固和搭接长度应在现
行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62)要求的
基础上增加10ds,ds为纵向钢筋直径,不应在塑性皎区域进行纵向钢筋的连接。
6)塑性皎加密区域配置的箍筋深入到承台1.0m。
12.2结点构造措施
由于支座剪断,墩柱保持弹性状态,结点区域未出现塑性皎,该区域箍筋可按构造配置。
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