引桥抗震计算书.docx
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引桥抗震计算书
第1章抗震设防水平与性能目标
1.1工程场地地震动参数
根据中国地震局地球物理研究所提供的《海南省文昌铺前大桥项目工程场地地震安全性评价报告之一(全线地震危险性分析及主桥塔设计地震动参数确定)》提供的地震动参数(见表1-1),本桥设计地震动加速度峰值(50年超越10%)为0.35g,竖向设计地震动参数取与水平向相同的数值。
表1-1工程场地地表水平向设计地震动峰值加速度及反应谱(5%阻尼比)参数值
图1-750年超越10%地震波(E1)
图1-750年超越2%地震波(E2)
1.2抗震设防水平与性能目标
1.2.1主桥
参考《公路桥梁抗震设计细则》,主桥E1和E2地震超越概率分别为50年超越概率10%(地震重现期分别为475年)和50年超越概率2%(地震重现期分别为2450年)。
根据铺前大桥主桥梁结构的重要性,以及震后对桥梁结构的性能要求、修复(抢修)的难易程度,相应于E1和E2地震作用,主桥的性能目标如表1所示:
表1主桥不同构件抗震设防水准和性能目标
抗震设防水准
性能要求
E1地震(50年超越概率10%)
结构各构件保持弹性工作状态。
E2地震(50年超越概率2%)
1、上部结构和塔身、基础、斜拉索等关键构件只允许发生轻微损伤。
2、过渡墩允许出现可修复性损伤,支座允许出现剪切失效和移位失效,但保证不落梁。
3、允许发生不影响桥梁正常通行的残余位移,允许伸缩缝、挡块及其它保险丝式单元发生破坏,但伸缩缝的破坏可以通过搭接钢板完成交通通行。
1.2.2混凝土箱梁引桥
参考《公路桥梁抗震设计细则》,引桥(不含跨断层)E1地震是在超越概率50年超越概率10%地震动的基础上考虑0.5的调整系数得到的;E2地震超越概率为50年超越概率2%(地震重现期分别为2450年)。
根据铺前大桥引桥的结构特点,相应于E1和
E2地震作用,引桥的性能目标,参见表2
表2引桥抗震设防水准和性能目标
抗震设防水准
性能要求
E1地震
(50年超越概率10%乘以0.5)
结构各构件保持弹性工作状态。
E2地震(50年超越概率2%)
1、上部结构、基础等关键构件只允许发生轻微损伤;
2、桥墩允许进入塑性,出现可修复性损伤,但不能倒塌;
3、支座允许出现剪切失效和移位失效,允许伸缩缝、挡块及其它保险丝式单元发生破坏,但要证不落梁;
3、允许发生不影响桥梁正常通行的残余位移。
1.2.3跨断层桥梁
推荐方案中引桥跨断层位置拟采用6孔简支钢箱梁,跨径布置为(50+60+50+50+50+50)m,其中60m跨跨越地震断层,其余50m跨均为缓冲跨。
对于跨断层桥梁,设计目标是加强应用各种防落梁措施(如梁体位移约束装置、连梁装置等),最大限度减小落梁、桥梁倒塌的风险,在此基础上做好震后抢通和修复预案。
根据这一目标,引桥E1和E2地震作用下性能要求见表3所示:
表3跨断层引桥抗震设防水准和性能目标
抗震设防水准
性能要求
E1地震
(50年超越概率10%乘以0.5)
支座、伸缩缝和抗震措施等可以局部损伤;不需修复或经简单修复可继续使用。
E2地震(50年超越概率2%)
1、应用各种防落梁措施(如梁体位移约束装置、连梁装置等),最大限度减小落梁、桥梁倒塌的风险;
2、做好震后抢通和修复预案;
第2章主桥抗震计算
2计算模型
2.1主要建筑材料
(1)主梁:
Q345D。
(2)主塔:
C50海工混凝土。
(3)斜拉索:
斜拉索采用平行钢丝索,fpk=1670MPa,Ey=2×105MPa。
(4)边墩墩身:
C40海工混凝土;承台:
C40海工混凝土;基础:
C35混凝土。
2.2计算模型
主桥计算分析采用空间杆系理论,采用Midas建模,计算模型见图1-1。
主梁、主塔为平面梁单元,斜拉索为桁架单元。
图1-1Midas计算模型
(1)桩土作用模拟
采用弹簧来模拟桩土效应,弹簧刚度取静力计算时的刚度3倍。
因非线性边界条件较多,采用弹簧来模拟桩土效应模型较大,当时计算了两天都没算完,所以就没有采用弹簧来模拟桩土效应。
本次计算为初步计算成果,所以本模型采用桩基等效刚度来算,按经验公式1.8/
α的桩长代入模型。
如下步确定采用桩基础,再采用弹簧来模拟桩土效应。
(2)边界条件
图1-2主桥支承体系布置图
图1-3主塔处纵向阻尼器参数
图1-4边墩处纵向阻尼器参数
图1-5主塔处横向E型钢支座参数(静风作用下最大横向力为4800KN)
图1-6边墩处横向E型钢支座参数(静风作用下最大横向力为1900KN)
(3)地震波
按规范,应去3组或7组地震波进行计算(地震局提供了4组数据)。
本次计算随机选取了一组进行计算。
图1-750年超越10%地震波(E1)
图1-750年超越2%地震波(E2)
图1-8特征值计算参数
图1-9地震作用工况参数(本次计算取了30秒)
3计算结果
3.1主塔塔柱
E1地震作用下(纵+竖)主塔塔柱内力
E1地震作用下(横+竖)主塔塔柱内力
E1地震作用下(纵+竖)主塔塔柱名义应力(MPa)
E1地震作用下(横+竖)主塔塔柱名义应力(MPa)
E2地震作用下(纵+竖)主塔塔柱内力
E2地震作用下(横+竖)主塔塔柱内力
E2地震作用下(纵+竖)主塔塔柱名义应力(MPa)
E2地震作用下(横+竖)主塔塔柱名义应力(MPa)
E2作用对主塔塔柱三个控制截面进行强度验算。
断面位置示意图
中塔柱上(A—A断面)
钢筋:
HRB400双排46mm钢筋
A—A断面P-M曲线包络图(E2地震作用下(横+竖))
中塔柱下(B—B断面)
钢筋:
HRB400双排46mm钢筋
B—B断面P-M曲线包络图(E2地震作用下(横+竖))
下塔柱下(C—C断面)
钢筋:
HRB400双排46mm钢筋
C—C断面P-M曲线包络图(E2地震作用下(横+竖))
3.2主塔基础:
3.2.1主塔墩基础
主塔墩桩基布置图
E1地震作用下(纵+竖)主塔墩桩基轴力(5101KN负反力)
E1地震作用下(横+竖)主塔墩桩基轴力(15755KN负反力)
E2地震作用下(纵+竖)主塔墩桩基轴力(25193KN负反力)
E2地震作用下(横+竖)主塔墩桩基轴力(52983KN负反力)
3.2.2边墩基础
边墩桩基布置图
E1地震作用下(纵+竖)边墩桩基轴力(11165KN负反力)
E1地震作用下(横+竖)边墩桩基轴力(7074KN负反力)
E2地震作用下(纵+竖)边墩桩基轴力(19727KN负反力)
E2地震作用下(横+竖)边墩桩基轴力(21295KN负反力)
3.2.3支座(阻尼器)
(1)主塔墩E型钢支座
E2地震作用下(横+竖)主塔墩E型钢支座回滞曲线(Fy-Dy)
(2)边墩E型钢支座
E2地震作用下(横+竖)边墩墩E型钢支座回滞曲线(Fy-Dy)
(3)主塔纵向阻尼器
E2地震作用下(纵+竖)主塔墩纵向阻尼器回滞曲线(Fz-Dz)
(4)边墩纵向阻尼器
E2地震作用下(纵+竖)边墩纵向阻尼器回滞曲线(Fz-Dz)
第3章引桥抗震计算
3.1引桥50m混凝土箱梁(墩高32~25m)抗震计算
3.1.1计算模型
引桥50m混凝土箱梁段墩高在34~25m,墩身采用箱型截面,桩基采用直径2.0m桩。
桥型布置图
桥墩及基础构造图
墩身截面
承台及桩基平面布置
引桥动力计算模式采用Midas/civil建立空间有限元模型,主梁、桥墩、系梁、桩基础均采用空间梁单元模拟,桩土作用采用等效桩长法模拟,支座采用减隔震支座。
4x50m引桥有限元图
铅芯减隔震支座水平力与位移曲线模型
3.1.2支座滞回曲线
(1)E1地震作用
中支座恒+E1地震(纵+竖)
中支座恒+E1地震(横+竖)
边支座恒+E1地震(纵+竖)
边支座恒+E1地震(横+竖)
(2)E2地震作用
中支座恒+E2地震(纵+竖)
中支座恒+E2地震(横+竖)
边支座恒+E2地震(纵+竖)
边支座恒+E2地震(横+竖)
3.1.3墩身计算
(1)E1地震作用墩底截面内力
墩底截面轴力恒+E1地震(纵+竖)
墩底截面弯矩恒+E1地震(纵+竖)
墩底截面轴力恒+E1地震(横+竖)
墩底截面弯矩恒+E1地震(横+竖)
(2)E2地震作用墩底截面内力
墩底截面轴力恒+E2地震(纵+竖)
墩底截面弯矩恒+E2地震(纵+竖)
墩底截面轴力恒+E2地震(横+竖)
墩底截面弯矩恒+E2地震(横+竖)
(3)墩底截面承载能力评价
墩底截面如下图所示,外缘竖向主筋钢筋均采用直径32mm的HRB40钢筋,钢筋间距为15cm,双根一束。
墩底截面
墩底截面承载能力包络图恒+E2地震(纵+竖)
墩底截面承载能力包络图恒+E2地震(横+竖)
3.1.4桩基计算
(1)E1地震作用桩基截面内力
桩基截面轴力恒+E1地震(纵+竖)
桩基截面弯矩恒+E1地震(纵+竖)
桩基截面轴力恒+E1地震(横+竖)
桩基截面弯矩恒+E1地震(横+竖)
(2)E2地震作用墩底截面内力
桩基截面轴力恒+E2地震(纵+竖)
桩基截面弯矩恒+E2地震(纵+竖)
桩基截面轴力恒+E2地震(横+竖)
桩基截面弯矩恒+E2地震(横+竖)
(3)桩基截面承载能力评价
桩基采用2.0m直径的桩,竖向主筋钢筋均采用直径32mm的HRB40钢筋,钢筋间距为15cm,如下图所示。
墩底截面
桩基截面承载能力包络图恒+E2地震(纵+竖)
桩基截面承载能力包络图恒+E2地震(横+竖)
4.2引桥50m混凝土箱梁(墩高25m)抗震计算
4.2.1计算模型
引桥50m混凝土箱梁段墩高25m,墩身采用箱型截面,桩基采用直径1.8m桩。
桥型布置图
桥墩及基础构造图
墩身截面
承台及桩基平面布置
引桥动力计算模式采用Midas/civil建立空间有限元模型,主梁、桥墩、系梁、桩基础均采用空间梁单元模拟,桩土作用采用等效桩长法模拟,支座采用减隔震支座。
4x50m引桥有限元图
铅芯减隔震支座水平力与位移曲线模型
4.2.2支座滞回曲线
(1)E1地震作用
中支座恒+E1地震(纵+竖)
中支座恒+E1地震(横+竖)
边支座恒+E1地震(纵+竖)
边支座恒+E1地震(横+竖)
(2)E2地震作用
中支座恒+E2地震(纵+竖)
中支座恒+E2地震(横+竖)
边支座恒+E2地震(纵+竖)
边支座恒+E2地震(横+竖)
4.2.3墩身计算
(1)E1地震作用墩底截面内力
墩底截面轴力恒+E1地震(纵+竖)
墩底截面弯矩恒+E1地震(纵+竖)
墩底截面轴力恒+E1地震(横+竖)
墩底截面弯矩恒+E1地震(横+竖)
(2)E2地震作用墩底截面内力
墩底截面轴力恒+E2地震(纵+竖)
墩底截面弯矩恒+E2地震(纵+竖)
墩底截面轴力恒+E2地震(横+竖)
墩底截面弯矩恒+E2地震(横+竖)
(3)墩底截面承载能力评价
墩底截面如下图所示,外缘竖向主筋钢筋均采用直径32mm的HRB40钢筋,钢筋间距为15cm,双根一束。
墩底截面
墩底截面承载能力包络图恒+E2地震(纵+竖)
墩底截面承载能力包络图恒+E2地震(横+竖)
4.2.4桩基计算
(1)E1地震作用桩基截面内力
桩基截面轴力恒+E1地震(纵+竖)
桩基截面弯矩恒+E1地震(纵+竖)
桩基截面轴力恒+E1地震(横+竖)
桩基截面弯矩恒+E1地震(横+竖)
(2)E2地震作用墩底截面内力
桩基截面轴力恒+E2地震(纵+竖)
桩基截面弯矩恒+E2地震(纵+竖)
桩基截面轴力恒+E2地震(横+竖)
桩基截面弯矩恒+E2地震(横+竖)
(3)桩基截面承载能力评价
桩基采用1.8m直径的桩,竖向主筋钢筋均采用直径32mm的HRB40钢筋,钢筋间距为14cm,保护层厚度10cm,如下图所示,共36束钢筋,2根一束,共72根。
墩底截面
桩基截面承载能力包络图恒+E2地震(纵+竖)
桩基截面承载能力包络图恒+E2地震(横+竖)
4.3引桥50m混凝土箱梁(墩高20m)抗震计算
4.3.1计算模型
引桥50m混凝土箱梁段墩高20m,墩身采用箱型截面,桩基采用直径1.8m桩。
桥型布置图
桥墩及基础构造图
墩身截面
承台及桩基平面布置
引桥动力计算模式采用Midas/civil建立空间有限元模型,主梁、桥墩、系梁、桩基础均采用空间梁单元模拟,桩土作用采用等效桩长法模拟,支座采用减隔震支座。
4x50m引桥有限元图
铅芯减隔震支座水平力与位移曲线模型
4.3.2支座滞回曲线
(1)E1地震作用
中支座恒+E1地震(纵+竖)
中支座恒+E1地震(横+竖)
边支座恒+E1地震(纵+竖)
边支座恒+E1地震(横+竖)
(2)E2地震作用
中支座恒+E2地震(纵+竖)
中支座恒+E2地震(横+竖)
边支座恒+E2地震(纵+竖)
边支座恒+E2地震(横+竖)
4.3.3墩身计算
(1)E1地震作用墩底截面内力
墩底截面轴力恒+E1地震(纵+竖)
墩底截面弯矩恒+E1地震(纵+竖)
墩底截面轴力恒+E1地震(横+竖)
墩底截面弯矩恒+E1地震(横+竖)
(2)E2地震作用墩底截面内力
墩底截面轴力恒+E2地震(纵+竖)
墩底截面弯矩恒+E2地震(纵+竖)
墩底截面轴力恒+E2地震(横+竖)
墩底截面弯矩恒+E2地震(横+竖)
(3)墩底截面承载能力评价
墩底截面如下图所示,外缘竖向主筋钢筋均采用直径32mm的HRB40钢筋,钢筋间距为15cm,双根一束。
墩底截面
墩底截面承载能力包络图恒+E2地震(纵+竖)
墩底截面承载能力包络图恒+E2地震(横+竖)
4.3.4桩基计算
(1)E1地震作用桩基截面内力
桩基截面轴力恒+E1地震(纵+竖)
桩基截面弯矩恒+E1地震(纵+竖)
桩基截面轴力恒+E1地震(横+竖)
桩基截面弯矩恒+E1地震(横+竖)
(2)E2地震作用桩基截面内力
桩基截面轴力恒+E2地震(纵+竖)
桩基截面弯矩恒+E2地震(纵+竖)
桩基截面轴力恒+E2地震(横+竖)
桩基截面弯矩恒+E2地震(横+竖)
(3)桩基截面承载能力评价
桩基采用1.8m直径的桩,竖向主筋钢筋均采用直径32mm的HRB40钢筋,钢筋间距为14cm,保护层厚度10cm,如下图所示,共36束钢筋,2根一束,共72根。
墩底截面
桩基截面承载能力包络图恒+E2地震(纵+竖)
桩基截面承载能力包络图恒+E2地震(横+竖)
4.4引桥50m混凝土箱梁(墩高15m)抗震计算
4.4.1计算模型
引桥50m混凝土箱梁段墩高20m,墩身采用箱型截面,桩基采用直径1.5m桩。
桥型布置图
桥墩及基础构造图
墩身截面
承台及桩基平面布置
引桥动力计算模式采用Midas/civil建立空间有限元模型,主梁、桥墩、系梁、桩基础均采用空间梁单元模拟,桩土作用采用等效桩长法模拟,支座采用减隔震支座。
4x50m引桥有限元图
铅芯减隔震支座水平力与位移曲线模型
4.4.2支座滞回曲线
(1)E1地震作用
中支座恒+E1地震(纵+竖)
中支座恒+E1地震(横+竖)
边支座恒+E1地震(纵+竖)
边支座恒+E1地震(横+竖)
(2)E2地震作用
中支座恒+E2地震(纵+竖)
中支座恒+E2地震(横+竖)
边支座恒+E2地震(纵+竖)
边支座恒+E2地震(横+竖)
4.4.3墩身计算
(1)E1地震作用墩底截面内力
墩底截面轴力恒+E1地震(纵+竖)
墩底截面弯矩恒+E1地震(纵+竖)
墩底截面轴力恒+E1地震(横+竖)
墩底截面弯矩恒+E1地震(横+竖)
(2)E2地震作用墩底截面内力
墩底截面轴力恒+E2地震(纵+竖)
墩底截面弯矩恒+E2地震(纵+竖)
墩底截面轴力恒+E2地震(横+竖)
墩底截面弯矩恒+E2地震(横+竖)
(3)墩底截面承载能力评价
墩底截面如下图所示,外缘竖向主筋钢筋均采用直径32mm的HRB40钢筋,钢筋间距为15cm,双根一束。
墩底截面
墩底截面承载能力包络图恒+E2地震(纵+竖)
墩底截面承载能力包络图恒+E2地震(横+竖)
4.4.4桩基计算
(1)E1地震作用桩基截面内力
桩基截面轴力恒+E1地震(纵+竖)
桩基截面弯矩恒+E1地震(纵+竖)
桩基截面轴力恒+E1地震(横+竖)
桩基截面弯矩恒+E1地震(横+竖)
(2)E2地震作用桩基截面内力
桩基截面轴力恒+E2地震(纵+竖)
桩基截面弯矩恒+E2地震(纵+竖)
桩基截面轴力恒+E2地震(横+竖)
桩基截面弯矩恒+E2地震(横+竖)
(3)桩基截面承载能力评价
桩基采用1.5m直径的桩,竖向主筋钢筋均采用直径32mm的HRB40钢筋,钢筋间距为14cm,保护层厚度10cm,如下图所示,共30束钢筋,2根一束,共60根。
墩底截面
桩基截面承载能力包络图恒+E2地震(纵+竖)
桩基截面承载能力包络图恒+E2地震(横+竖)
(注:
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