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【摘要】本文主要对五源河大桥抗震设计的重要性、桥梁抗震的主要设计方法等方面进行了探索。
【关键词】桥梁；抗震能力；抗震设计
五源河大桥作为海口市绿色长廊二期工程的主体工程，对海口交通改善具有重要作用。本文根据《公路桥梁抗震设计细则》对五源河大桥进行抗震分析及性能评价，在此基础上提出改善抗震设计的措施，以指导该桥的抗震设计。
1.工程概况
海口市绿色长廊二期工程北起西海岸滨海大道，南至南海大道，内侧为双向6车道，外侧为非机动车道和人行道，全长5.37公里。五源河段道路起点桩号为K1+100，终点位于K1+800，全长700米，跨越五源河。考虑到使用功能、与周边环境的协调、建设养护成本以及工程造价，上部结构采用变截面预应力混凝土连续梁，满堂支架施工。
五源河主桥跨径布置为42.88m+60m+42.88m；跨中梁高1.8m，中支点处梁高3.5m，梁高变化采用二次抛物线。单幅桥面布置为：3m人行道+6m非机动车道+2m绿化带 +12m车行道+0.5m防撞护栏+2.5m分隔带。单幅横断面采用单箱五室形式，单幅宽26m，双幅桥面全宽52m。河道与线路斜交角为135°，左右幅在线路纵向有错位，斜桥正做，以适应河道及流水方向。
2.地震动输入
必须首先确定桥梁的抗震设防目标和设防标准，得到桥梁在各级设防水准下的地震重现期和相应的结构重要性系数，然后结合桥梁的结构特点，地质特征等具体情况，即可得出地震动输入的相关参数，从而最终获得桥梁抗震分析的设计加速度反应谱。
本文采用《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）中的E1、E2设计反应谱转换成等效的人工地震动时程并同时选取修正过的天然地震波計算结构的地震反应，并采用在E1、E2设计反应谱下结构强度和变形的限值作为等效时程分析验算的限值。根据《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008），选用阻尼比为0.05的水平设计加速度反应谱：
式中： ——特征周期（s）
——结构自振周期（s）
——水平设计加速度反应谱最大值
按照五源河大桥的工程地质勘察说明，本场地的地震动峰值加速度为0.30g，对应抗震设防烈度为8度，场地类别为III类，桥梁抗震设防类别B类，特征周期为0.45s。
3.动力计算有限元模型
采用MIDAS/CIVIL 2010建立全桥的空间杆系计算模型。上部结构采用空间单主梁梁单元模型，支座采用相应的支座单元模拟；下部结构双柱式桥墩均采用空间梁单元模拟，墩底及桥台底均考虑“桩-土”相互作用，采用土弹簧进行模拟，土弹簧刚度分别采用“m”法确定，并考虑沙土液化层的影响，其中动力计算时各土层的“m”值取静力值的2.5倍。在墩底区域潜在塑性铰区域设置非弹性铰，采用纤维单元模型模拟。其中，混凝土采用Kent-Park本构模型，普通钢筋采用Menegotto-Pinto本构模型。
4.抗震性能验算
对于本桥确定的两个概率水平的地震，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。
4.1墩底截面强度验算
桥墩及变形验算采用的作用效用组合为偶然组合，即永久作用标准值效应与地震作用标准值效应进行组合，各种效应的分项系数取1.0。
①抗弯强度验算。钢筋混凝土桥墩和桩截面的抗弯能力（强度）采用纤维单元法进行的弯矩-曲率分析，得出图4-1所示的弯矩-曲率曲线。
图4 1等效弯矩的计算图示
4.2抗剪强度验算
根据《细则》7.3.4条规定，按下式验算墩底截面的抗剪强度：
式中： ——剪力设计值；
——混凝土抗压强度标准值；
——箍筋提供的抗剪能力；
——核心混凝土面积；
——同一截面箍筋的总面积；
——箍筋的间距；
——箍筋抗拉强度设计值；
——沿计算方向墩柱的宽度；
——抗剪强度折减系数。
恒载+纵向+竖向E2地震作用下桥墩底截面抗剪强度验算：
根据抗弯强度结果，因桥墩在E2作用下处于弹性工作范围内，因此Vc0取E2时程分析的结果。
满足能力保护构件的要求。
5.E2地震作用下墩柱和系梁变形验算
根据《公路桥梁抗震设计细则》，在地震E2作用下须进行结构的变形验算。结构变形验算为塑性铰转动能力验算或墩顶位移验算。由前面的计算结果可知，在E2地震作用下， 墩柱和各墩系梁出现塑性铰， 因此， 这里须对各塑性铰区域沿顺桥向和横桥向的塑性转动能力进行验算。
6.抗震性能评价
根据五源河大桥地震反应分析和验算结果，在遭遇E1地震作用时，五源河大桥主体结构处于弹性工作状态，满足抗震设防目标；在遭受E2地震作用时，五源河大桥主体结构处于塑性工作状态，1#， 2#， 5桥墩沿顺桥向的塑性转动能力不满足要求。此外，五源河大桥的结构抗震措施和细部构造措施也存在诸多不满足要求的地方，如墩柱潜在塑性铰区域未对箍筋进行加密、箍筋形式不满足要求、结点配箍率不够等。需要针对上述不足对五源河大桥进行改善设计，确保本桥能满足相应等级的抗震设防要求。
7.其他验算
根据《公路桥梁抗震设计细则》的要求，除上述验算内容外，桥梁抗震验算还需进行盖梁抗弯与抗剪承载能力验算、支座厚度及承载能力验算、桥台稳定性验算、结点构造措施验算等，具体验算参照《公路桥梁抗震设计细则》执行。
结语
按照《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）的要求 ，本文五源河大桥进行了抗震分析和性能评价，限于篇幅，仅以1号墩和2号墩系梁为例进行分析和验算。 通过综合评价全桥的抗震性能，指出本桥的抗震薄弱环节，以指导本桥进行改善抗震设计。 另外，结构抗震措施和细部构造措施对于桥梁抗震起着极其重要的作用，在一定程度上甚至比结构抗震分析更为重要，在进行桥梁抗震设计时尤其应该引起重视。
参考文献：
[1] 马宏旺，吕西林.建筑结构基于性能抗震设计的几个问题[J].同济大学学报，2002（30）：1429-1434.
[2] 张志强.延性与抗震设计[J].山西建筑，2008，34（12）：93-94.
[3] 曲慧，李振兰.基于性能的桥梁抗震设计方法[J].山西建筑，2009年5月：295.
【关键词】桥梁；抗震能力；抗震设计
五源河大桥作为海口市绿色长廊二期工程的主体工程，对海口交通改善具有重要作用。本文根据《公路桥梁抗震设计细则》对五源河大桥进行抗震分析及性能评价，在此基础上提出改善抗震设计的措施，以指导该桥的抗震设计。
1.工程概况
海口市绿色长廊二期工程北起西海岸滨海大道，南至南海大道，内侧为双向6车道，外侧为非机动车道和人行道，全长5.37公里。五源河段道路起点桩号为K1+100，终点位于K1+800，全长700米，跨越五源河。考虑到使用功能、与周边环境的协调、建设养护成本以及工程造价，上部结构采用变截面预应力混凝土连续梁，满堂支架施工。
五源河主桥跨径布置为42.88m+60m+42.88m；跨中梁高1.8m，中支点处梁高3.5m，梁高变化采用二次抛物线。单幅桥面布置为：3m人行道+6m非机动车道+2m绿化带 +12m车行道+0.5m防撞护栏+2.5m分隔带。单幅横断面采用单箱五室形式，单幅宽26m，双幅桥面全宽52m。河道与线路斜交角为135°，左右幅在线路纵向有错位，斜桥正做，以适应河道及流水方向。
2.地震动输入
必须首先确定桥梁的抗震设防目标和设防标准，得到桥梁在各级设防水准下的地震重现期和相应的结构重要性系数，然后结合桥梁的结构特点，地质特征等具体情况，即可得出地震动输入的相关参数，从而最终获得桥梁抗震分析的设计加速度反应谱。
本文采用《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）中的E1、E2设计反应谱转换成等效的人工地震动时程并同时选取修正过的天然地震波計算结构的地震反应，并采用在E1、E2设计反应谱下结构强度和变形的限值作为等效时程分析验算的限值。根据《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008），选用阻尼比为0.05的水平设计加速度反应谱：
式中： ——特征周期（s）
——结构自振周期（s）
——水平设计加速度反应谱最大值
按照五源河大桥的工程地质勘察说明，本场地的地震动峰值加速度为0.30g，对应抗震设防烈度为8度，场地类别为III类，桥梁抗震设防类别B类，特征周期为0.45s。
3.动力计算有限元模型
采用MIDAS/CIVIL 2010建立全桥的空间杆系计算模型。上部结构采用空间单主梁梁单元模型，支座采用相应的支座单元模拟；下部结构双柱式桥墩均采用空间梁单元模拟，墩底及桥台底均考虑“桩-土”相互作用，采用土弹簧进行模拟，土弹簧刚度分别采用“m”法确定，并考虑沙土液化层的影响，其中动力计算时各土层的“m”值取静力值的2.5倍。在墩底区域潜在塑性铰区域设置非弹性铰，采用纤维单元模型模拟。其中，混凝土采用Kent-Park本构模型，普通钢筋采用Menegotto-Pinto本构模型。
4.抗震性能验算
对于本桥确定的两个概率水平的地震，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。
4.1墩底截面强度验算
桥墩及变形验算采用的作用效用组合为偶然组合，即永久作用标准值效应与地震作用标准值效应进行组合，各种效应的分项系数取1.0。
①抗弯强度验算。钢筋混凝土桥墩和桩截面的抗弯能力（强度）采用纤维单元法进行的弯矩-曲率分析，得出图4-1所示的弯矩-曲率曲线。
图4 1等效弯矩的计算图示
4.2抗剪强度验算
根据《细则》7.3.4条规定，按下式验算墩底截面的抗剪强度：
式中： ——剪力设计值；
——混凝土抗压强度标准值；
——箍筋提供的抗剪能力；
——核心混凝土面积；
——同一截面箍筋的总面积；
——箍筋的间距；
——箍筋抗拉强度设计值；
——沿计算方向墩柱的宽度；
——抗剪强度折减系数。
恒载+纵向+竖向E2地震作用下桥墩底截面抗剪强度验算：
根据抗弯强度结果，因桥墩在E2作用下处于弹性工作范围内，因此Vc0取E2时程分析的结果。
满足能力保护构件的要求。
5.E2地震作用下墩柱和系梁变形验算
根据《公路桥梁抗震设计细则》，在地震E2作用下须进行结构的变形验算。结构变形验算为塑性铰转动能力验算或墩顶位移验算。由前面的计算结果可知，在E2地震作用下， 墩柱和各墩系梁出现塑性铰， 因此， 这里须对各塑性铰区域沿顺桥向和横桥向的塑性转动能力进行验算。
6.抗震性能评价
根据五源河大桥地震反应分析和验算结果，在遭遇E1地震作用时，五源河大桥主体结构处于弹性工作状态，满足抗震设防目标；在遭受E2地震作用时，五源河大桥主体结构处于塑性工作状态，1#， 2#， 5桥墩沿顺桥向的塑性转动能力不满足要求。此外，五源河大桥的结构抗震措施和细部构造措施也存在诸多不满足要求的地方，如墩柱潜在塑性铰区域未对箍筋进行加密、箍筋形式不满足要求、结点配箍率不够等。需要针对上述不足对五源河大桥进行改善设计，确保本桥能满足相应等级的抗震设防要求。
7.其他验算
根据《公路桥梁抗震设计细则》的要求，除上述验算内容外，桥梁抗震验算还需进行盖梁抗弯与抗剪承载能力验算、支座厚度及承载能力验算、桥台稳定性验算、结点构造措施验算等，具体验算参照《公路桥梁抗震设计细则》执行。
结语
按照《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）的要求 ，本文五源河大桥进行了抗震分析和性能评价，限于篇幅，仅以1号墩和2号墩系梁为例进行分析和验算。 通过综合评价全桥的抗震性能，指出本桥的抗震薄弱环节，以指导本桥进行改善抗震设计。 另外，结构抗震措施和细部构造措施对于桥梁抗震起着极其重要的作用，在一定程度上甚至比结构抗震分析更为重要，在进行桥梁抗震设计时尤其应该引起重视。
参考文献：
[1] 马宏旺，吕西林.建筑结构基于性能抗震设计的几个问题[J].同济大学学报，2002（30）：1429-1434.
[2] 张志强.延性与抗震设计[J].山西建筑，2008，34（12）：93-94.
[3] 曲慧，李振兰.基于性能的桥梁抗震设计方法[J].山西建筑，2009年5月：295.