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文檔簡介

1、天津外環(huán)線東北部調線鐵東路組合互通立交工程S匝道橋抗震分析報告中交第一公路勘察設計研究院有限公司2013年6月目錄一、工程概況1二、摩擦擺支座的恢復力模型2三、摩擦擺支座的減隔震布置4四、自振特性分析4五、輸入地震動7六、摩擦擺支座非線性時程分析9七、抗震性能驗算11八、抗傾覆驗算14九、地震E2作用下主梁驗算15十、正常使用狀態(tài)下主梁驗算15十一、結論1616一、工程概況S匝道橋全橋共3聯(lián):4x27.489+(40+60+40)+3x21.789;第一聯(lián)上部結構采用預應力砼(后張)連續(xù)箱梁;第二聯(lián)上部結構采用鋼箱梁;第三聯(lián)上部結構采用鋼筋混凝土連續(xù)箱梁,橋梁樁號里程為SK0+116.096

2、SK0+431.419。本次計算第二聯(lián)40+60+40鋼箱梁部分。橋墩采用實體式橋墩,基礎采用鉆孔灌注樁基礎。上部結構為單箱雙室的等截面梁高,梁高為2.4m。橋面寬為10.5m,其中行車道寬為9.5m。7#墩為制動墩。抗震設防烈度為7度,場地特征周期為0.4s,場地類別為類。橋型布置及結構尺寸,見圖1.1圖1.3。圖1.1 橋型布置圖圖1.2 主梁橫斷面圖1.3 剖面示意二、摩擦擺支座的恢復力模型摩擦擺支座主要包括用限滑動螺栓、不銹鋼材料的球形滑面滑槽、涂有Teflon材料的滑塊以及用來與上部結構相連的蓋板,其構造示意如圖2.2 所示。摩擦擺支座通過球形滑動表面的運動使上部結構發(fā)生單擺運動,隔

3、震系統(tǒng)的周期和剛度通過選取合適的滑動表面曲率半徑來控制,阻尼由動摩擦系數(shù)來控制。限滑動螺栓剪斷前,摩擦擺隔震支座不發(fā)生滑動,在其支撐下的隔震橋梁結構與普通橋梁結構相同;當?shù)卣饘⑾藁瑒勇菟魯嗪髸r,摩擦擺隔震支座發(fā)生位移。地震中摩擦擺支座的恢復力模型可簡化成圖2.3所示的雙線性滯回模型。圖2.1 單擺工作原理1-滑動曲面;2-抗滑螺栓;3-限滑塊4-滑動塊;5-上座板;6-下座板圖2.2 摩擦擺支座構造圖2.3 摩擦擺支座的滯回模型圖中,為動摩擦系數(shù);W 為豎向荷載;Ki 為初始剛度,Ki = W/ Dy;Kfps為摩擦擺支座的擺動剛度,Kfps = W/ R;R 為曲率半徑,按式(2.1)計算

4、;Dy為屈服位移;Dd為極限位移;(2.1)式中,T 為摩擦擺系統(tǒng)的隔震周期。三、摩擦擺支座的減隔震布置支座的布置示于圖3.1。圖3.1支座平面布置四、自振特性分析全橋有限元計算模型示于圖4.1,其自振周期及相應振型列于表4.1,示于圖4.2圖4.6,邊界條件模擬為摩擦擺支座剪力螺栓未剪斷。圖4.1 全橋有限元計算模型表4.1 自振特性一覽表模態(tài)號頻率/Hz 周期/s 振型特征1 2.0544650.486745主梁豎向彎曲振動2 3.1456890.317895主梁及橋墩橫橋向3 3.8854270.257372主梁豎向彎曲振動4 4.4898180.222726主梁豎向彎曲振動5 6.08

5、46810.164341主梁豎向彎曲振動圖4.2 第1 振型圖4.3 第2 振型圖4.4 第3 振型圖4.5 第4 振型圖4.6 第5 振型五、輸入地震動E1水準地震時反應譜輸入,E1做用下摩擦擺支座剪力螺栓未被剪斷,按普通支座設置。見圖5.1圖5.2。圖5.1反應譜參數(shù)圖5.2反應譜曲線圖E2 水準時程反應分析時輸入的3 條地震波,見圖5.3圖5.5。圖5.3 第1 條地震波(wave-1)圖5.4 第2 條地震波 (wave-2)圖5.5 第3 條地震波(wave-3)六、摩擦擺支座非線性時程分析1、摩擦擺支座設計技術參數(shù)摩擦擺支座的主要設計參數(shù),列于表6.1。依據(jù)表6.1 中的數(shù)值進行摩

6、擦擺支座的技術參數(shù)初步設計。表6.1 一個支座主要設計參數(shù)墩號支座W 恒載重kNFy/ kN支座擺動剛度/ kN/m6#墩外支座4461.8133.94461.8內支座3618.4108.63618.47#墩外支座3551.0106.53551.0內支座4550.5136.54550.5摩擦擺支座的曲率半徑R=1m 時,摩擦擺系統(tǒng)的隔震周期T =2=2s,約為隔震前結構周期(0.486745s)的4.1倍。摩擦擺支座的擺動剛度:Kfps= W/ R 取摩擦系數(shù)=0.03,摩擦力Fy=W。2、摩擦擺支座隔震非線性時程分析結果(E2作用)非線性時程反應結果列于表6.2表6.6。表6.2 順橋向時程

7、反應時程反應wave-1 wave-2 wave-3 最大值7# 墩頂位移/mm 55665666墩底彎矩/kN*m15838185301569118530墩底剪力/kN1554185915291859表6.3 橫橋向時程反應時程反應wave-1 wave-2 wave-3 最大值6# 墩頂位移/mm 30333233墩底彎矩/kN*m 14775165301760417604墩底剪力/kN16861858180918097# 墩頂位移/mm 28303131墩底彎矩/kN*m11306127291254412729墩底剪力/kN1155128913391339表6.4 順橋向墩梁相對位移時程

8、反應wave-1 wave-2 wave-3 最大值7#墩支座位移 mm 9011298112表6.5 橫橋向墩梁相對位移時程反應wave-1wave-2wave-3最大值6#墩支座位移mm89113981137#墩支座位移mm69887488表6.6 梁體位移時程反應wave-1wave-2wave-3最大值順橋向梁體位移mm1451781541786#墩處橫橋向梁體位移mm1241511351517#墩處橫橋向梁體位移mm98121108121 3、典型時程分析曲線7#墩順橫橋向第2條的非線性時程曲線示于圖6.1圖6.4。 圖6.1 墩頂順橋向非線性位移時程 圖6.2 墩底順橋向非線性彎矩

9、時程 圖6.3 墩頂橫橋向非線性位移時程 圖6.4 墩底橫橋向非線性彎矩時程七、抗震性能驗算1、橋墩的抗震驗算(1)橋墩的強度驗算圖7.1橋墩配筋截面固定墩E1地震作用控制設計,其驗算列于表7.1、表7.2。橫橋向:順橋向:表7.1 墩底順橋向驗算(E1作用)墩號墩底彎矩Mmax/ kN*m Mu /kN*m Mmax< Mu 是否通過驗算7# 1370819460是是表7.2墩底橫橋向驗算(E1作用)墩號墩底彎矩Mmax/ kN*m Mu /kN*m Mmax< Mu 是否通過驗算7# 960422531是是由上表可知,橋墩在E1水準地震作用下,墩底的最大彎矩小于橋墩的初始屈服彎

10、矩,橋墩處于彈性狀態(tài),橋墩滿足城市橋梁抗震設計規(guī)范的E1條件下抗震設防要求。7#墩E2地震作用控制設計,其驗算列于表7.3、表7.4。Crack :Yield(Initial) :Yield :Yield(Ideal.) :Ultimate :Moment(kN×m)6502.8629483.637788.638077.939751.7Curvature(1/m)0.0001182440.001283610.003257610.001657780.00708442圖7.2 橫橋向P-M-曲線Crack :Yield(Initial) :Yield :Yield(Ideal.) :Ul

11、timate :Moment(kN×m)4353.5620822.725961.52611027078.4Curvature(1/m)0.0001646680.001918180.004918850.002405240.0109699圖7.3 順橋向P-M-曲線表7.3墩底順橋向強度驗算(E2作用)墩號墩底彎矩Mmax/ kN*m My /kN*m Mu /kN*mMmax< My Mmax< Mu是否通過驗算7# 1853020822.719460是是表7.4墩底橫橋向驗算(E2作用)墩號墩底彎矩Mmax/ kN*m My /kN*m Mu /kN*mMmax<

12、My Mmax< Mu是否通過驗算7# 1760429483.622531是是由上表可知,橋墩在E2水準地震作用下,隔震后墩底的最大彎矩小于橋墩的初始屈服彎矩,橋墩處于彈性狀態(tài),設置摩擦擺球型支座,達到了抗震的目的,并能很好的保護橋墩構件。(2)橋墩塑性鉸區(qū)的斜截面抗剪驗算驗算公式:縱橋向:橫橋向:縱橋向:橫橋向:表7.5橋墩的抗剪強度計算順橋向墩底剪力Q/kNVcu/ kN第1條波第2條波第3條波大值7#墩23822693247726935751.6橫橋向墩底剪力Q/kNVcu/ kN第1條波第2條波第3條波大值7#墩22452541209525415117.6表中,Q 為輸入地震動下

13、隔震后的墩底最大剪力由表7.5知,在E2 水準地震動作用下,隔震后有:Q<Vcu結論:E2 水準地震作用下,隔震后橋墩的抗剪強度滿足要求。2、樁基的抗震驗算固定墩樁的順橋向控制設計。7#墩樁的驗算結果見表7.6。樁基礎為鉆孔灌注樁基礎,樁徑為1.5m,截面配筋率為0.688%。表7.6樁基礎抗震驗算(彎矩:kN m,軸力:kN)墩號計算方向單樁最不利軸力樁身最大彎矩樁身等效屈服彎矩是否滿足7#墩橫橋向548517266211是八、抗傾覆驗算表8.1 支反力情況墩號支座恒載作用下支反力(KN)汽車荷載作用下最小支反力(KN)5#墩外支座616.5-126.7中支座623.1-103.0內支

14、座608.4-122.26#墩外支座4461.8-269.5內支座3618.4-200.47#墩外支座3551.0-180.0內支座4550.5-228.68#墩外支座772.6-207.2中支座619.0-105.1內支座444.4-144.8恒載作用下最小支反力出現(xiàn)在8#墩內側支座處444.4KN,在2.5倍汽車荷載作用下結構最小反力:-144.8x2.5+444.4=82.4>0。抗傾覆安全系數(shù)為444.4/144.8=3.1滿足天抗傾覆安全系數(shù)不小于2.5的要求。九、地震E2作用下主梁驗算1鋼梁內力圖9.1鋼梁內力(偶然組合 恒載+地震力)(單位KN*M)鋼梁最大正彎矩57556

15、 KN*m、最大負彎矩34500KN*m。2鋼梁應力圖9.2鋼梁最大組合應力(偶然組合恒載+地震力) (單位MPa)可以看出E2作用下鋼箱梁最大組合應力為109MPa,滿足規(guī)范要求。十、正常使用狀態(tài)下主梁驗算1鋼梁應力圖10.1恒載 鋼梁組合應力 (單位MPa)圖10.2恒載活載溫度沉降 鋼梁最大組合應力 (單位MPa)可以看到運營階段鋼箱梁最大組合應力為117MPa,滿足規(guī)范要求。2撓度驗算根據(jù)公路橋涵鋼結構及木結構設計規(guī)范 JTJ025-861.1.5條的規(guī)定,由汽車荷載(不計沖擊力)所引起的豎向撓度簡支梁不應超過L/600。圖10.3汽車活載的撓度情況如下:由此位移圖中可以看到鋼梁的活載最大撓度為26mm,小于L/600=60/600= 0.1m。40+60+40m鋼連續(xù)梁,在各種荷載組合下應力滿足規(guī)范要求,結構剛度滿足要求。十一、結論通過對S匝道橋的減、隔震分析及抗震驗算,可得出如下的主要

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