摘要：着我国城市建设的快速发展，各种立交工程不断涌现，作为城市生命线工程的重要一环，城市立交桥梁的抗震研究对于确保震后生命线畅通，减小震后次生灾害的发生具有非常重要的意义。
关键词：匝道桥；地震效应；抗震加固
一、城市匝道桥抗震分析
1．有限元建模注意事项，对于城市曲线匝道桥，在建立有限元抗震分析建模时，应注意以下几点：（1）主梁的模拟．由于通用的有限元软件一般没有曲梁单元，因此采用通用有限元软件建模时，一般采用普通梁单元，应用“以直代曲”的方法模拟曲梁线型，故要求主梁单元的长度不宜过大．（2）桥墩的模拟．对于曲线桥梁，桥墩通常沿圆曲线布置，且各桥墩中心线均指向圆心．地震反应也沿桥墩的切向及径向两个方向给出．因此应将桥墩各节点的坐标系进行旋转，使其与实际布置情况一致．（3）支座的模拟．对于普通钢支座，可以采用主从约束模拟．对于板式橡胶支座，在Midas软件中可以采用输入一定刚度值的弹性连接模拟．
2.地震波输入方法,目前，对于曲线桥梁的地震波输入通常有两种方法：(1)旋转激励法．地震波从承台底输人，激励方向采用o～180。，间隔10。～15。分多方向单独激励，以确保得到各个桥墩的最不利地震反应．(2)公路桥梁抗震设计细则中的规定方法．进行曲线桥梁地震反应分析时，可分别沿相邻两桥墩连线方向和垂直于连线水平方向进行多方向地震输入．
3.El作用下桥墩抗震性能评估方法,对于曲线桥梁，由于几何形状的特殊性，结构在任意地震动作用下，两个主轴方向都可能产生弯矩，单独的A母和^岔最大值并不能成为某个截面最不利的标准．
二、工程实例
1.工程概况，本文以某一城市曲线匝道桥为工程背景，取其曲线半径较小且联长相对较长的两联为研究对象，该联位于R=S0 m的圆曲线上，其结构布置见图1～图3．该桥上部结构采用单箱单室截面，梁高1-7札顶板厚22 cm，底板厚20～40 cm，腹板厚40～60 CITI，采用直腹板．桥墩采用钢筋混凝土花瓶墩，墩高在1．84～5．97 m，承台厚2．5 m，横桥向及纵桥向尺寸分别为6．3 m、2．5 1TL为2～91．5 m钻孔灌注桩基础，承台侧向土为粗粒素填土，桩基有效深度范围内的地基土为粉土．支座采用球形钢支座．
2．动力特性分析，采用 软件对研究桥跨建立三维有限元模型，主梁及桥墩用空间梁单元模拟，桩一土一承台相互作用简化成相应的平动及转动弹簧模拟，邻跨影响简化为集中质量施加于边墩顶，支座采用主从约束模拟．
3.抗震设防目标，该桥采用两水准设防，重要性按B类考虑，E1地震作用下G取0．43(重现期约75年)，E2地震作用下结构重要性系数取1．3(重现期约1 000年)．E1地震作用下要求墩身、基础保持弹性；E2震作用下要求墩身有足够的塑性转动能力，基础基本保持弹性．3 E1地震作用下结构弹性地震反应分析及抗震性能评估E1地震作用采用地表处50年超越概率10％的地震动参数，PGA=0．239．时程分析时选屙该桥址处的3条安评地震波，其中安评地震波采用一等效波动模型进行场地地震反应分析，并进行标准化得到，典型的一条地震波见．本文地震波输入采用一致激励，应用旋转激励法法得到了SD3、SIY5墩地震动最不利输人方向分别为135。和30。，取3条安评波最不利激励方向上的最大地震反应作为验算依据，并与结构的抗震能力进行了比较，其中桥墩及桩身截面抗弯能力采用截面初始屈服弯矩．截面抗弯强度采用 软件计算，截面约束混凝土应力一应变本构关系采用Mander模型，钢筋本构关系采用考虑强化段的抛物线模型．桥墩及桩身截面的配筋率分别为为1．6％及1．9 0A．
三、匝道桥墩的抗震加固
针对桥匝道桥墩震害特点，本次桥墩抗震加固将采用的主要方法有：①增大桥墩截面，在原有桥墩截面基础上外包15cm厚度的C40混凝土，并配置一圈受力钢筋(钢筋直径与原设计方案中的桥墩配筋钢筋相同)；②根据匝道桥受力特点，选取在匝道桥墩梁固结墩处增设盆式橡胶支座；③在匝道桥墩梁固结墩处增设铅芯橡胶支座。
1.加固前后结构动力特性分析，根据桥梁动力分析模型，采用Lanczos法求解桥梁在不同抗震加固方案下桥梁的振型和周期。
2.匝道桥桥墩抗震性能计算结果，桥墩截面抗弯强度采用纤维截面计算软件
Xtract计算，截面约束混凝土应力一应变本构关系采用Mander模型，钢筋本构关系采用考虑强化段的抛物线模型。通过以上分析，可以得出如下结论：(1)匝道桥所有桥墩均发生破坏。墩梁固结体系的匝道均发生了桥墩拉力超过其极限抗拉能力的现象，这与匝道桥梁震害调查结果是一致。匝道桥墩承受过大的地震拉力，导致构件迅速破坏，桥墩截面失去了抗弯能力。采用墩梁固接体系的结构受力复杂，地震需求普遍较高，且受力不均匀。(2)采用盆式支座加固改变了结构体系：将匝道的墩梁固结体系改为连续梁体系，增加盆式支座后非固定桥墩的地震需求大幅下降，非固定墩的弯矩需求和抗弯能力曲线较原结构体系更为接近，但固定墩的地震需求也在大幅度增加，故抗震能力依然无法满足地震需求。
地震荷载作用下，结构弹、塑性分析表明，本联匝道桥墩桩、柱的结构构造及配筋满足规范要求，达到设防目标：E1地震作用下，一般不受损坏或不需修复可继续使用；E2地震作用下，应保证不致倒塌或产生严重结构损伤，经临时加固后可维持应急交通使用。随着社会经济的快速发展，人们对桥梁的抗震性能提出了更高的要求。因为桥梁的破坏影响范围广，短时间修复困难，所以很容易使得现代城市网络交通中断。因此在实际的工程设计过程中，如何更全面的考虑地震作用对桥梁结构的影响，采取有效的计算的方法和措施将地震对桥梁结构的破坏降到最低是每一个桥梁设计工作者义不容辞的责任。针对曲线匝道桥的结构特点，研究了匝道桥采用增大截面法和减隔震法进行抗震加固设计后的抗震性能。研究表明：采用增大截面法和减隔震法均能有效满足匝道桥的抗震安全性要求。
参考文献
[1]秦雨.预应力混凝土环形曲线连续箱梁桥的设计.2015
[2]江敏．曲线Pc箱梁桥隔震体系的非线性分析.2015
[3]王浩.匝道桥震害原因分析及修复方案.2015
论文作者:李磊
论文发表刊物:《新材料·新装饰》2018年6月下
论文发表时间:2018/11/21
标签：桥墩论文; 匝道论文; 截面论文; 支座论文; 桥梁论文; 结构论文; 地震波论文; 《新材料·新装饰》2018年6月下论文;