城市道桥与防洪2020年2月第2期
D01:10.16799/j.cnki.csdqyfh.2020.02.013
桥梁结构强度与抗震设计的思考
宋阳运
(上海浦东建筑设计研究院有限公司，上海市201204)
摘要：我国位于环太平洋地震带和欧亚地震带之间，是一个地震活动频率高、强度大.震源浅、分布广震灾严重的国家； 20世纪以来，我国发生6级以上的地震近800次，每次地震的发生都对区域经济、人民生命财产造成不同程度的损伤。桥 梁结构是道路交通中重要的节点部分，在地震灾害发生时，桥梁结构安全性往往是保通、震灾抢险的重要环节，因此，对 桥梁结构的抗震设计是很有必要的，也是必须要的设计点。关键词：震灾严重；结构抗震设计;结构动力分析中图分类号：U442.5 + 5
文献标志码：B
文章编号：1009-7716(2020)02-0046-03
0引言
我国位于环太平洋地震带和欧亚地震带之 间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤 压，地震断裂带十分发育。20世纪以来，我国发生 6级以上的地震近800次，是一个地震活动频率 高、强度大、震源浅、分布广震灾严重的国家；每次 地震的发生都对区域经济、人民生命财产造成不 同程度的损伤。
桥梁结构是道路交通中重要的环节部分，在 地震灾害发生时，桥梁结构安全性往往是保通震 灾抢险的重要节点，也是保证人民生命财产的重 要结构，因此，对桥梁结构的抗震设计是很有必要 图2
桥梁总体效果图
的,也是必须要的设计点。本文根据海门市跨海门 中幅桥箱梁采用单箱双室结构，箱室宽度4.6 m+河桥梁结构抗震设计中的思考，为以后一些类似 4.6 m,悬臂2.5 m;底板宽10.7 m,主跨底板厚从跨 项目的抗震设计提供思路和抗震设计中关注的重 中0.25 m变到中支点0.5 m,边跨底板厚从距边支 点。
点10 m处0.25 m变到中支点0.5 m,采用二次抛 1工程概况
物线变化，从距边支点10 m处0.25 m变到边支点 0.5 m,采用直线线形变化；顶板宽15.7 m，顶板厚 岷江路(丝绸路一北海路)道路工程，北起北海 为0.26 m。中横梁顺桥向宽为2.5 m,端横梁顺桥 路，南至丝绸路，工程范围内新建桥梁一座，为跨越 向宽为1.5 m。
海门河而设；主桥跨径布置米用30 m+40 m+30 m 边幅桥箱梁采用单箱单室结构，箱室宽度5.0 三跨现浇连续变截面箱梁，南、北引桥采用2 x 20 m m, 悬臂空心板梁，桥梁全长180 m,见图1、图2。
2.0 m;底板宽6.0 m,底板厚度变化规律同中 幅桥;顶板宽10.0 m,顶板厚为0.26 m。中横梁顺桥 主桥共分3幅桥梁，中幅桥桥面宽16 m,边幅 向宽为2.0 m,端横梁顺桥向宽为桥桥面宽l〇m，均采用变截面预应力混凝土连续 1.2 m。
箱梁结构，梁高从跨中1.5 m渐变到中支点2.5 m， 下部结构采用实体式桥墩，桩接承台结构。
梁底曲线均采用二次抛物线变化。
2技术标准
收稿日期：2019-09-20作者简介:宋阳运（1984—），男，学士，工程师，从事桥梁道路等级:城市次干路。 设计工作。
设计荷载:城-A级。
2020年2月第2期
城市道桥与防洪桥梁结构47
抗震设防烈度：场地抗震设防烈度为6度，设 量，从而降低结构的地震反应，保护上部结构、桥 计基本地震动加速度峰值〇.〇5g;同时按照《南通 墩和基础不受损伤，基本在弹性范围内工作。
市建设工程抗震设防管理办法》通政发09(39)号 当桥墩立柱高度较高时，结构整体的侧向刚 文件相关规定要求，综合考虑后，本工程桥梁抗震 度较小，地震内力响应相对较小，墩柱由于剪跨比 设防烈度为7度；抗震设防分类为：丁类，场地类 较大容易形成塑性铰，结构可以通过塑性铰的塑 型为n类。
性变形来抵抗地震作用，减少地震反应。此时，选 3
抗震设计％
择延性抗震体系具有较好的经济性。
3.1地震动参数的确定
结合本工程特点：主桥桥缴立柱高为3.1 m， 工程的抗震设防烈度为7度，地震动峰值加 长细比为1.55<2.5,为矮墩非规则桥梁。然而本工 速度A为0.1+地区反应谱特征周期为0.4 s;场地 程为城市次干路桥梁，按照《城市桥梁抗震设计规 类型为1D类，场地特征周期凡为0.55 s，场地地震 范》规定本桥梁抗震设计方法选用B，仅考虑E1 动峰值加速度调整系数为1.25,桥梁结构阻尼比 地震作用下的抗震分析和抗震验算。按照设计目
取 0.05。
标，E1地震下应满足结构处于弹性状态。在E1地震作用下，桥梁结构尚处于弹性工作 3.3结构动力分析模型
阶段，其地震作用响应采用反应谱分析方法计算。 建模原则按照《城市桥梁抗震设计规范》第
计算时应满足振型阶数在计算方向给出的有效振 6.2节相关条款规定：……计算模型应考虑相邻结
型参与质量不低于该方向结构总质量的90%。
构和边界条件的影响，对于共同参与地震力分配 根据《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 16&-2011) 的相邻结构，应考虑相邻结构边界条件的影响，一
第5.2条规定采用设计加速度反应谱，按照下式计算：
般情况应取计算模型左右各一联桥梁结构作为边
0.45S_-
T^O.O s界条件……。
o.i s 模型对比，说明考虑相邻结构对计算结构动力分 , TgcT^：5Tg 析的影响，图3考虑相邻联结构作为边界条件，图 \\ [Vjd.2y-Vl(T-5T,) JS™,. 5Te 作为外力加载在计算联结构。 式中：7；为反应谱特征周期(s);772为结构阻尼调整 系数，阻尼比为0.05时取1.0;4为E1或E2地震 作用下水平向地震动加速度峰值;y为自特征周期 至5倍特征周期区段曲线衰减指数，阻尼比为 0.05时取0.9;77,为自五倍特征周期至6 s区段直 线下降段下降斜率调整系数，阻尼比为0.05时取 0.02; r为结构自振周期。 y=0.9+0.05-g 0.5+5 右 77i=0.02+0.05-6： _i , 0.05-6： 0.06+1. 3.2结构抗震概念设计 桥梁的合理抗震体系有两种，一种是延性抗 震体系，另一种是减隔震体系。 当立柱高度较小时，结构整体侧向刚度较大， 地震荷载的内力响应也较大，依靠结构自身完全 图4 抗震计算模型（未考虑相邻跨作为边界条件（2) 采用019建立桥梁的抗震分析计 抵挡地震作用比较困难，也不经济，此时应采用减 Midas Civil 2隔震体系。减隔震体系可以在满足结构正常使用 算模型。模型中建立了承台单元，并在各粧基位置 功能的前提下，延长结构周期，消耗大量地震能 设置了结点，桩基考虑桩土效应对其进行模拟，主 桥采用新型抗震型盆式橡胶支座，引桥采用普通 48桥梁结构城市道桥与防洪 2020年2月第2期 板式橡胶支座。 表3 主桥桥墩墩底E1地震结构响应（情况2 > 注释：为方便叙述，以下将考虑相邻跨作为边 截面内力响应 界条件简称为“情况1”，未考虑相邻跨作为边界条 荷载 截面.弯矩-y 弯矩-z 件简称为“情况2”。 位置 轴向 剪力-y 剪力-z /kN /kN/kN/(kN.m)/(kN.m)3.3.1动力特性分析对比 P2 109.2857.7429.7422 5.1430 5.2桥梁动力特性分析是研究桥梁振动问题的基 组合包络P357.3170 6.0208 2.6634 9.3935 9.8础，为了计算在不同设防水准地震作用下的结构动 最大P4105.1170 6.5198.3328.9936 2.4力响应，必须首先进行桥梁结构的动力特性分析。 值 桥梁二期恒载、自重均转换为节点质量施加 P544.6858.2419.7192 9.1430 7.8于上部结构主梁相应的节点上。特征值分析采用 P2 -879 3.70.00.00.0-1.2RITZ方法，取计算前200阶振型。情况1和情况2 组合P3-168 13.9-0.30.00.00.1动力特性分析情况对比见表U 包络最小P4-168 13.9-0.30.00.00.1表1相邻跨作为边界条件结构整体模态对比 值 P5 -879 3.7 0.0 0.0 -225 2.9 -1.2 考虑相邻跨作为 未考虑相邻跨作为 模态号 边界条件(1)边界条件(2)从表1〜表3中相关计算数据结果可知：情况 频率 周期 频率 周期 2比情况1结构频率大，且桥墩墩底E1地震作用 10.876 71.14060.924 51.081 7下结构内力响应，情况2比情况1大，因此，若按 20.947 71.055 21.332 70.750 431.17270.852 71.333 80.749 7情况2对结构进行抗震计算设计，那么计算偏保 51.482 40.674 62.089 20.478 7守，会造成结构设计的不经济，因此，结构动力分析 71.621 20.616 82.905 10.344 2建模原则应按照《城市桥梁抗震设计规范》执行。 91.651 10.605 73.81600.262 13.4结构静力分析结果 112.155 00.464 04.237 70.236 0主桥结构进行静力计算时，主要考虑的荷载 132.444 60.409 14.593 60.217 7有:结构自重;预应力；二期荷载(桥面铺装、护栏、 162.554 30.391 57.697 50.129 9主梁梁体装饰等）；汽车活载、人群活载；风荷载； 17 2.758 4 0.362 5 7.717 2 0.129 6 整体升降温；梯道升降温；桥墩支撑点不均匀；混 3.3.2桥墩E1地震作用下结构响应对比 凝土收缩徐变。通过计算可知，基本组合工况下， 在E1地震作用输入下，利用反应谱分析方 主桥主墩以及边墩墩底结构内力均小于E1地震 法，可以得到桥墩关键截面地震响应以及桥墩 作用下结构响应内力。 承台底桩基础最不利单桩地震响应。计算方向 3.5结果分析 总的设计最大地震作用效应E按下式计算：£= (1) 通过分别对主梁结构进行静力与动力分VE\\+EMZ。现摘录两种情况桥墩墩底结构响应 可知，对于本工程下部结构设计是由E1地震作用 情况见表2、表3。 控制设计。 (2) 地震作用分析时，考虑相邻跨作为边界表2 主桥桥墩墩底E1地震结构响应（情况1 ) 件比未考虑相邻跨作为边界条件情况更切合实 荷载 麵 _____________________截幽力响应 际，结构受力分析更合理。 位置轴向剪力-y 剪力-z 弯矩-y 弯矩-z (3) 在桥墩处设计纵横向抗震挡块，从桥梁/kN /kN/kN/(kN*m)/(kN.m)107.4565.4349.1336 6.2310 7.4震构造措施上满足基本烈度的要求。 P2 组合包络P356.9122 3.1208 2.1634 7.8664 8.14结语 最大P4105.2121 9.6198.3328.9662 9.7值 (1) 结构动力分析建模应按照《城市桥梁抗P553.1562.2358.7160 0.0309 4.3设计规范》要求考虑相邻联作为边界条件整理建模。P2 -879 4.10.0-13.20.1-2.0(2) 在进行下部结构设计时，应充分对比结组合-168 13.4-0.50.00.00.2静力与动力分析结果，合理选择结构抗震体系。包络P3最小P4-168 13.4-0.50.00.00.2(3) 应充分考虑工程建设场地情况，对于上值 -879 4.1 0.0 0.0 -175 6.4 -2.0 结构质量较大，下部结构往往是由地震作用控制 P5 结构尺寸和配筋设计。 (下转第66页） 析 条 抗 震 构 部 66桥梁结构 城市道桥与防洪2020年2月第2期 越，抗振性能好;d.索体内可以方便耦合测量长期 应变量变化检测传感装置;e.拉索不能进行单根 调整张拉，只能整束张拉;f.后维护运营过程中如 若换索只能整体换索，不能单根换索。 (3) 本桥采用了斜塔单背索式斜拉桥体系。 该体系为本桥的创新点之一。国内此类型斜塔多为无背索斜拉桥或者较多背索式斜拉桥。该 桥采用单背索斜塔斜拉桥，有两个目的，目的之一 是景观需求；目的之二，为调整混凝土斜塔塔根部 的弯矩，使塔柱处于安全的受力状态中。由于有单 背索，因此斜塔可以设置为普通钢筋混凝土结构， 跨适度添加配重，来确保边墩支座不出现负反力。 7结语 双塔单背索斜拉桥是根据常规斜拉桥演变、 发展而来的一种桥型，可应用于中小跨径景观桥 梁设计中，尤其是在空间布局有限，主桥不等跨配 置的情况下有良好的应用效果。由于其经济、美 观、施工方便等优点，今后我国城市景观桥梁的实 践中将有可能广泛采用。 单背索斜拉桥在国内的工程实例应用较少， 希望本桥的设计丁作能对单背索斜拉桥的应用和 因此也方便了施工、降低了造价。研究提供参考。本文主要对本桥的设计构思及整 (4) 由于景观需求，导致边中跨比为0.327,突 体设计框架进行阐述，关于本桥的所涉及的相关 破常规的斜拉桥的边中跨比例值。 如此小的边中跨比，为本桥的设计难点之一，对 策措施为：设计过程通过调整跨中拉索张拉力、边 计算内容等另文阐述。 目前该桥初步设计文件已经报出，处于施工 图阶段，预计2020年将建成通车。 (上接第48页） (4)对于结构抗震设计,关注的重点主要是结 构抗震体系的合理选择、支撑体系的合理模拟、下 部结构地震作用响应进一步确定结构设计。 参考文献： [1]CJJ 11—2011,城市桥梁设计规范[S]. [2] CJJ 166—2011,城市桥梁抗震设计规范[S]. [3] JTG 3362 — 2018,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规 范[S]. [4] JTG D60 —2015,公路桥涵设计通用规范[S]. [5] [美]R.克拉夫.结构动力学[M].北京:高等教育出版社,2006. Thoughts on Structural Strength and Aseismic Design of Bridge ................................................. Song Yangyun ( 46 ) Abstract： China lies between the Circum-Pacific seismic belt and the Eurasian seismic belt, and is a country with high frequency of seismic activity, high intensity, shallow seismic source, wide spreading and serious seismic hazard. Since the 20 th century, China has experienced nearly 800 earthquakes of magnitude 6 or above. Each earthquake has caused varying degrees of damage to the regional economy, people's lives and properties. The bridge structure is an important node part in the road traffic. The safety of bridge structure is often an important link in the traffic guarantee and earthquake rescue in the event of an earthquake. Therefore, it is necessary to carry out the aseismic design for bridge structure, and is also a necessary design point. Keywords： serious seismic hazard, aseismic design of structure, structural dynamic analysis. Trial Design and Exploration of Long-span Corrugated Steel Web Girder Bridge ..........................................................................................................................................................Dai Liang, Wang Mengyu, He Xiaohui, Yu Fang ( 49 ) Abstract： The corrugated steel web composite box girder fundamentally avoids the crack problem of web of prestressed concrete box girder bridge, and reasonably combines two materials of steel and concrete to improve the structural mechanical properties and reduce the structural self-weight. In theory, the corrugated steel web girder bridge can reach a larger span than the concrete web girder bridge. Due to the limited bearing capacity of the negative bending moment at the top of the middle pier of the beam bridge, the waveform steel web composite beam bridge with a main span of 360 m is designed by means of the negative bending moment comparison, and the finite element model is established to calculate the structural bending resistance, shear capacity and connecting parts. The result shows that the trial design scheme is feasible. The overall buckling stability of steel web is one of the main factors restricting the span increment of corrugated steel web girder bridge. In order to solve the serious reduction of the overall buckling strength of the existing corrugated steel webs applied in the long-span girder bridge, this paper studies the countermeasures of setting up the longitudinal transverse partition and using the large-sized corrugated steel web so as to make a positive exploration for the longer-span development of corrugated steel web girder bridge. Keywords： corrugated steel web, trial design, buckling stability, long-span girder bridge, composite structure Study on Local Mechanical Property of Steel-concrete Combined Section ................................... Ni Jian( 54 ) Abstract： Based on the construction features of the steel-concrete combined section of a three-span variable-height steel-concrete combined continuous girder, the finite element software ANSYS is used to establish the spatial solid finite element model of steel-concrete combined section, in which the solid element of solid 45 is used to simulate the concrete part, the plate element of shell63 is used to simulate the steel plate, the element of link8 is used to simulate the internal pre-stressed tendon and the external prestress is applied by the beam-end load. The steel plate, internal prestress and concrete are connected all by constraint equation. Taking the maximum (most unfavorable) bending moment condition as the study object, the stress conditions of various components are checked and calculated. The study result shows that the steel-concrete combined section designed in this project can reasonably and reliably transfer the load, and the structure is 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容