橋梁抗震計算書版

1、工工程程編編號號：S SZ Z2 20 01 12 2- -3 38 8 海?？诳谑惺泻：？诳跒碁碂魺羲凭频甑昃熬坝^觀橋橋工工程程 橋橋梁梁抗抗震震計計算算書書 設計人： 校核人： 審核人： 海?？诳谑惺惺惺姓すこ坛淘O設計計研研究究院院 HAIKOU MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN & RESEARCH INSTITUTE 2 20 01 12 2 年年 0 09 9 月月 目目 錄錄 1工程概況工程概況.- 1 - 2地質(zhì)狀況地質(zhì)狀況.- 1 - 3技術標準技術標準.- 2 - 4計算資料計算資料.- 2 - 5作用效應組合作用效應組合.- 3 - 6設防水

2、準及性能目標設防水準及性能目標.- 3 - 7地震輸入地震輸入.- 4 - 8動力特性分析動力特性分析.- 5 - 8.1動力分析模型.- 5 - 8.2動力特性.- 6 - 9地震反應分析及結果地震反應分析及結果.- 6 - 9.1反應譜分析.- 6 - 9.1.1E1水準結構地震反應.- 6 - 9.1.2E2水準結構地震反應.- 7 - 10地震響應驗算地震響應驗算.- 8 - 10.1墩身延性驗算.- 10 - 10.2樁基延性驗算.- 10 - 10.3支座位移驗算.- 11 - 11結論結論.- 11 - 12抗震構造措施抗震構造措施.- 11 - 12.1墩柱構造措施.- 12

3、- 12.2結點構造措施.- 12 - - 1 - 1 工程概況 ?？跒尘坝^橋全橋 24m 橋?qū)挕蛄喝L 666.08 米，等高梁跨徑布置有 4x35m， 3x35m 兩種形式。橋墩為標準雙柱式橋墩，墩柱高度在 5.297m12.079m 之間。單柱墩底尺寸為 2.2x2.0m。樁基為 81200 鉆孔灌注樁。 本報告截取最不利一聯(lián) P12P16 進行計算。 橋梁部分橋跨布置圖如下： 圖 1-1 橋梁部分橋跨布置圖 2 地質(zhì)狀況 根據(jù)野外鑒別、原位測試結合室內(nèi)土工試驗成果，本次鉆探揭露 120m 深度范 圍內(nèi)的地層綜合劃分為5 個巖性單元層， 巖土層自上至下分別為 ： 素填土（Q4 ml）：

4、灰黃色，稍濕，稍密狀，主要由石英質(zhì)中粗砂人工回填 而成，含較多碎石塊，已完成自身固結，人工填島堤岸及施工便道均為拋石。該 層僅在ZK0 鉆孔有揭露，揭露厚度3.30m，層頂高程5.45m。 淤泥（Q4 m）：深灰色，飽和，流塑 -軟塑狀，主要由粘性土組成，切面光 滑，干強度中等，韌性高，具有腐臭味，土質(zhì)污手，該層層表呈現(xiàn)為淤泥混砂和 流泥狀，下套管時可依靠自重下落，層底呈軟塑狀粘土。該層全場均有分布，厚度 8.0011.40m，平均厚度9.60m，層頂埋深0.003.30m，層頂高程2.15-5.45m。 粘土（Q2m）：棕紅色、灰黃、灰色，濕，可塑 可塑偏軟，主要由粘性土 組成，局部含較多中

5、粗砂，韌性中等，干強度高，切面光滑，稍有光澤反應，無 搖震反應。該層在鉆孔ZK0ZK6、ZK7-左、ZK7-右、ZK8-左、ZK7ZK9-補、 ZK11-補、ZK13-補和ZK15-補有揭露，厚度1.204.90m，平均厚度2.59m，層頂 - 2 - 埋深8.0014.80m，層頂高程-8.50-17.41m。 粗砂（Q2m）：灰黃、灰色，濕，中密狀，主要由石英質(zhì)粗砂組成，含少 量粘性土，分選性較差，顆粒級配一般，膠結性一般。該層在鉆孔 ZK9ZK14、ZK8-右、ZK7ZK9-補、ZK11-補、ZK13 ZK15-補有揭露，厚度 0.506.10m，平均厚度2.12m，層頂埋深10.601

6、4.80m，層頂高程-10.98- 19.41m。 粉質(zhì)粘土（N2m）：深灰色、青灰色，可塑-硬塑-堅硬狀，以硬塑和堅硬 狀為主，主要由粘性土組成，含少量中粗砂，巖芯呈土柱狀-堅硬薄餅狀，局部 夾半巖狀硬夾層，切面稍有光滑，具有光澤反應，無搖振反應，干強度較高， 韌性中等。該層全場均有揭露，未鉆穿，層頂埋深 9.9019.20m，層頂高程- 10.40-20.61m。 3 技術標準 1）荷載等級：城市A 級； 2）人群荷載：； 2 m/k5 . 3N 3）抗震設防烈度：8 度，設計基本地震加速度峰值：0.3g； 4）抗震設防類別：丁類，設計方法：B 類，抗震設防措施等級：8 級； 5）場地類型

7、：類； 6）環(huán)境類別：類； 7）橋梁設計基準期：100 年； 4 計算資料 1）計算軟件：Midas Civil2011 2）支座類型：鉛芯隔震橡膠支座。 3）支座參數(shù)： 中墩支座高度為 320mm，平面尺寸 1320mm1320mm，水平剛度 mm/ 5 . 12 kN 邊墩支座高度為 268mm，平面尺寸 770mm770mm，水平剛度 - 3 - ；mm/1 . 4 kN 4）立柱：立柱底平面尺寸：20002200mm，立柱頂平面尺寸： 20002400mm（中墩） ，20002600mm（邊墩） ，墩柱高度在 5.297m12.079m 之間；墩柱底部截面配兩層 32 鋼筋，共 80

8、根。延 伸至墩身以上 4 米處內(nèi)層鋼筋截斷，4 米以上墩身變?yōu)橐粚愉摻?，?40 根。墩身底以上 4 米范圍內(nèi)箍筋采用 16100 鋼筋，4 米以上采用 16150 鋼筋。 5）承臺：承臺尺寸為橫橋向長 14.4m，縱橋向?qū)?5.4m，高 2.5m。橫橋向 底層主筋為單層 32130 鋼筋，頂層為主筋為 16130 鋼筋；橫橋 向底層主筋為單層 32130 鋼筋，頂層為主筋為 16130 鋼筋；箍 筋為 16130 鋼筋，全部采用 HRB335 鋼筋。主筋保護層厚度為 60mm，箍筋保護層厚度 30mm。 6）樁基：橋墩位處一共 8 根鉆孔灌注樁，樁長為 L=51.0m,樁徑 1.2m。樁 身

9、配筋為：主筋 28 共 22 根，其中 11 根為通長筋，11 根在距樁底 20m 處截斷；箍筋為 10 螺旋鋼筋，在距承臺底 2m 范圍內(nèi)為加密段， 間距為100mm，其余部分間距為200mm。主筋保護層厚度為 8mm， 箍筋保護層厚度 30mm。 5 作用效應組合 地震作用為偶然作用，根據(jù)公路橋涵通用設計規(guī)范、城市橋梁抗震 設計規(guī)范、公路橋梁抗震設計細則（下簡稱抗震細則）的規(guī)定，確定以 下 4 種偶然效應組合。 E1 縱向組合：恒載+E1 縱向地震效應； E1 橫向組合：恒載+E1 橫向地震效應； E2 縱向組合：恒載+E2 縱向地震效應； E2 橫向組合：恒載+E2 橫向地震效應； -

10、4 - 6 設防水準及性能目標 1）根據(jù)城市橋梁抗震設計規(guī)范，該橋的抗震設防標準為丁類，因為該 橋為大橋，本次設計同樣考慮 E2 地震作用效應。 2）根據(jù)抗震細則，該橋的抗震性能分析，采用二水準設防、兩階段設計和 基于結構性能的抗震設計思想。根據(jù)震后結構修復的難易程度以及相應的經(jīng)濟 損失所決定的風險程度。 結合城市橋梁抗震設計規(guī)范于抗震細則，本次抗震重要性系數(shù) Ci 取值如 表 6-1 所示。橋梁主要構件的性能目標如表 6-2 所示。 表 6-1 抗震重要性系數(shù) Ci E1 地震作用E2 地震作用 市政橋梁0.351.7 表 6-2 橋梁結構抗震性能目標 設防地震 水準 結構性能要求結構校核目

11、標 樁基礎在彈性范圍內(nèi)工作地震反應小于首次屈服彎矩 橋墩在彈性范圍內(nèi)工作地震反應小于首次屈服彎矩 E1 地震 作用 支座不發(fā)生剪壞驗算支座剪力、位移 樁基礎基本在彈性范圍內(nèi)工作地震反應小于等效屈服彎矩 墩柱保證不倒塌或嚴重結構損傷可按延性構件設計 E2 地震 作用 支座可以剪壞，但保證不落梁驗算限位擋塊強度 7 地震輸入 根據(jù)抗震細則規(guī)定，阻尼比 0.05 的水平設計加速度反應譜取為： )/( )45 . 0 5 . 5( max max max TTS S TS S g 其中，為水平設計加速度反應譜最大值，為特 max SACCCS dsi 25. 2 max g T 征周期。 - 5 -

12、為抗震重要性系數(shù)，為場地系數(shù)，為阻尼調(diào)整系數(shù)，水平向設 i C s C d CA 計基本地震動加速度峰值。 根據(jù)設計原則和地質(zhì)報告，橋梁場地為類場地，設防烈度區(qū)為 8 度區(qū)， 按 8 度設防。取為 0.55s，場地系數(shù)取為 1.0；橋梁阻尼比為 0.05，阻尼調(diào) g T s C 整系數(shù)為 1，水平向設計基本地震動加速度峰值為 0.3g。E1 和 E2 水準下， d CA 主橋水平向設計加速度反應譜如 4-1、4-2 所示。 圖 7-1 E1 水準下水平向設計加速度反應譜 圖 7-2 E2 水準下水平向設計加速度反應譜 8 動力特性分析 8.1動力分析模型 橋梁動力特性分析采用離散結構的有限單元

13、方法，有限元計算模型均以順 - 6 - 橋向為 X 軸，橫橋向為 Y 軸，豎向為 Z 軸。主梁，橋墩和樁基均離散為空間的 梁單元，承臺模擬為質(zhì)點，用等效土彈簧模擬樁土相互作用。 與分析對象相接的兩聯(lián)作為邊界條件參與建模。結構動力特性和地震反應 分析的三維有限元模型，如圖 8-1 所示。 圖 8-1 動力計算模型 8.2動力特性 根據(jù)圖 8-1 的動力計算模型，對橋梁進行動力特性分析。 表 8-1 橋梁結構周期以及振型描述 振型順序周期(s)振型描述 11.95墩梁縱向振動 20.99 墩梁橫向振動 30.91 主梁豎彎 40.88 主梁豎彎 50.73 主梁豎彎 9 地震反應分析及結果 9.1

14、反應譜分析 采用 E1 和 E2 兩種概率水平、阻尼比為 5%的設計反應譜對該橋進行抗震 性能分析。E1 水準下采用毛截面剛度；E2 水準下延性構件采用折減剛度，其 他構件采用毛截面剛度。振型組合方式為 CQC。 #01 墩 #02 墩 #03 墩 #04 墩 #05 墩 - 7 - 9.1.1 E1 水準結構地震反應水準結構地震反應 墩柱及樁基控制截面的地震反應計算結果匯于表 9-1表 9-6 內(nèi)。 表 9-1 單柱控制截面內(nèi)力最大值（E1 縱向地震輸入） 跨徑 （m） 構件截面位置 地震軸力 （kN） 地震縱向 剪力 （kN） 地震縱向彎 矩 （kN.m） #01單柱墩底62 317307

15、2 #02單柱墩底120 428 4770 #03單柱墩底126 427 4770 #04單柱墩底131 432 4772 4x35 #05單柱墩底65 317 3063 表 9-2 單柱控制截面內(nèi)力最大值（E1 橫向地震輸入） 跨徑 （m） 構件截面位置 地震軸力 （kN） 地震橫向 剪力 （kN） 地震橫向彎 矩（kN.m） #01 單柱墩底 287480 3284 #02 單柱墩底 376571 4413 #03 單柱墩底 3775704407 #04 單柱墩底 3725714412 4x35 #05 單柱墩底 280 481 3290 表 9-3 單樁控制截面內(nèi)力最大值（E1 橫向地震

16、輸入） 跨徑 （m） 構件 截面 位置 地震軸力 （kN） 地震剪力 （kN） 地震彎矩 （kN.m） #01樁頂531 174380 #02樁頂624179381 #03樁頂635179 359 #04樁頂632182 386 4x35 #05樁頂533174 376 - 8 - 9.1.2 E2 水準結構地震反應水準結構地震反應 支座地震反應如下表： 墩柱及樁基控制截面的地震反應計算結果匯于表 9-表 9-內(nèi)。 表 9-4 單柱控制截面內(nèi)力最大值（E2 縱向地震輸入） 跨徑 （m） 構件截面位置 地震軸力 （kN） 地震縱向 剪力 （kN） 地震縱向彎矩 （kN.m） #01單柱墩底789

17、599288 #02單柱墩底2361296 14421 #03單柱墩底176129514422 #04單柱墩底228 1313 14421 4x35 #05單柱墩底82 965 9224 表 9-5 單柱控制截面內(nèi)力最大值（E2 橫向地震輸入） 跨徑 （m） 構件截面位置 地震軸力 （kN） 地震橫向 剪力 （kN） 地震橫向 彎矩 （kN.m） #01單柱墩底8681452 12368 #02單柱墩底1137 1727 10592 #03單柱墩底1139 1725 10615 #04單柱墩底1138 1727 10542 4x35 #05單柱墩底847 1453 12423 表 9-6 單樁

18、控制截面內(nèi)力最大值（E2 橫向地震輸入） 跨徑 （m） 構件 截面位 置 地震軸力 （kN） 地震剪力 （kN） 地震彎矩 （kN.m） #01016055281148 #02018895421150 #03018885411149 #04018905421148 4x35 #05016035271148 - 9 - 10 地震響應驗算 橋梁抗震的目標是減輕橋梁工程的地震破壞，保障人民生命財產(chǎn)的安全， 減少經(jīng)濟損失。因此，既要使震前用于抗震設防的經(jīng)濟投入不超過我國當前的 經(jīng)濟能力，又要使地震中經(jīng)過抗震設計的橋梁的破壞程度限制在人們可以承受 的范圍內(nèi)。換言之，需要在經(jīng)濟與安全之間進行合理平衡，這

19、是橋梁抗震設防 的合理安全度原則。 綜合考慮工程造價、結構遭遇的地震作用水平、緊急情況下維持交通能力 的必要性以及結構的耐久性和修復費用等因素，來確定對應地震水平下結構的 抗震性能目標。橋梁結構抗震性能目標及檢算準則見表 6-2。 橋墩的初始屈服彎矩為截面最外層鋼筋首次屈服（考慮相應軸力）時對應 的彎矩，當?shù)卣鸱磻∮诔跏记澗貢r，整個截面保持在彈性。而等效屈服 彎矩為根據(jù)截面 M 分析（考慮相應軸力），把截面 M曲線等效為雙線 性所得到得等效屈服彎矩，此時，截面發(fā)生有限損傷，部分鋼筋進入屈服，裂 縫寬度可能超過容許值，但混凝土保護層還是完好，結構整體反應還在彈性范 圍。極限彎矩為截面所能承

20、受的最大彎矩。如圖 10-1、10-2 所示。 圖 10-1 橋墩截面能力計算示意圖 - 10 - 圖 10-2 樁基截面能力計算示意圖 將永久作用和地震作用進行最不利組合，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范計算截面強度或采 用纖維單元進行 M分析，計算橋梁各個控制截面的抗彎能力，從而進行抗 震性能驗算。 10.1墩身延性驗算 由以上計算可知地震作用在順橋向效應最大，因此以順橋向為控制計算 表 10-1 墩底截面順橋向抗彎承載能力 位置 恒載軸力 （kN） 開裂彎矩 （kNm） 屈服彎矩 （kNm） 極限彎矩 （kNm） 墩底11550 782535148 47987 表 10-2 地震作用下順橋向抗彎承載力驗算

21、E1 地震抗彎驗算E2 地震抗彎驗算恒載 軸力 （kN） 計算彎矩 （kNm） 開裂彎矩 （kNm） 是否 滿足 計算彎矩 （kNm） 屈服彎矩 （kNm） 極限彎矩 （kNm） 是否 滿足 11550 47707825是144223514847987是 E1 地震下墩底截面計算彎矩小于開裂彎矩，墩底處于彈性狀態(tài)；E2 地震 下墩底截面計算彎矩大于開裂彎矩，小于屈服彎矩，保護層混凝土已開裂。因 此，橋墩墩身滿足地震下受力要求，滿足兩階段設防水準要求。 10.2樁基延性驗算 表 10-3 樁基截面抗彎承載能力 - 11 - 位置 恒載軸力 （kN） 開裂彎矩 （kNm） 屈服彎矩 （kNm） 極

22、限彎矩 （kNm） 墩底2887159425343367 表 10-4 地震作用下樁基截面抗彎承載力驗算 E1 地震抗彎驗算E2 地震抗彎驗算恒載 軸力 （kN） 計算彎矩 （kNm） 開裂彎矩 （kNm） 是否 滿足 計算彎矩 （kNm） 屈服彎矩 （kNm） 極限彎矩 （kNm） 是否 滿足 2887 3861594 是115025343367是 E1 地震下樁基截面計算彎矩小于開裂彎矩，樁基截面處于彈性狀態(tài)；E2 地震下樁基截面計算彎矩大于開裂彎矩，小于屈服彎矩，保護層混凝土已開裂。 因此，橋墩樁基滿足地震下受力要求，滿足兩階段設防水準要求。 10.3支座位移驗算 表 10-5 E1 地震下支座位移驗算 順橋向位移驗算橫橋向位移驗算 支座類型支座型號 容許位移 （mm） 最大位移 （mm） 是否滿足 最大位移 (mm) 是否滿足 鉛芯橡膠 隔震支座 J4Q10048是13是 表 10-6 E2 地震下支座位移驗算 順橋向位移驗算橫橋向位移驗算 支座類型支座型號 容許位移 （mm） 最大位移 （mm） 是否滿足 最大位移 (mm) 是否滿足 鉛芯