兩跨連續(xù)梁橋抗震設(shè)計(jì)

　　中間橋墩為獨(dú)柱式墩的兩跨連續(xù)梁橋，當(dāng)中間獨(dú)柱墩采用板式橡膠支座，而在兩端伸縮縫處采用滑板支座時(shí)，在橫向地震下，可能在中間獨(dú)柱墩上產(chǎn)生較大扭矩。通過一個(gè)工程實(shí)例，分析了這種情況下的橫向地震反應(yīng)，并提出了設(shè)計(jì)注意的問題和改進(jìn)措施。

　　《橋梁建設(shè)》現(xiàn)由中國鐵路工程總公司主管，中鐵大橋局集團(tuán)有限公司主辦，中鐵大橋局集團(tuán)武漢橋梁科學(xué)研究院有限公司出版。《橋梁建設(shè)》主要報(bào)道和交流我國橋梁工作者在科技、設(shè)計(jì)、施工等方面的實(shí)踐成果和理論探討，重點(diǎn)突出橋梁工程領(lǐng)域的新技術(shù)、新工藝、新設(shè)計(jì)、新設(shè)備、新材料及最新科研成果，為讀者提供相關(guān)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)信息。

　　在公路工程中，預(yù)應(yīng)力T形梁與空心板等結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于先簡支后連續(xù)型連續(xù)梁橋中。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)采用這種板式或肋梁式結(jié)構(gòu)時(shí)，一般在其中間各墩上采用板式橡膠支座，而在兩端伸縮縫處采用滑板支座，這主要是基于溫度效應(yīng)的考慮，并且目前國內(nèi)大多數(shù)設(shè)計(jì)院的 設(shè)計(jì)人員們已經(jīng)有意無意的公認(rèn)這種支座布置方式。但是，這種支座布置方案，在應(yīng)用于兩跨連續(xù)梁橋，并且中間橋墩為獨(dú)柱式墩時(shí)，就可能在抗震上出現(xiàn)不利的受力情況。下面就存在的問題以某預(yù)應(yīng)力T形梁連續(xù)梁橋?yàn)槔M(jìn)行分析，并提出改進(jìn)措施，并由此得出結(jié)論。

　　一、存在的問題

　　以某預(yù)應(yīng)力T形梁連續(xù)梁橋?yàn)槔?，取其端部的一?lián)，該聯(lián)為兩跨，其跨徑為(29.5+29.5)m，一端為橋臺，一端為過渡墩，中間為(200×150)cm(寬×厚)獨(dú)柱式墩。中間墩頂設(shè)置板式橡膠支座，橋臺與過渡墩處設(shè)置滑板支座。橋址處地震設(shè)防烈度為9°。

　　利用有限元分析程序建立的抗震分析模型，采用空間梁單元模擬橋墩、支座、橋面梁等構(gòu)件，計(jì)算得到前3階振型及其振型頻率。值得注意的是，該橋的第1階振型既不是縱向振動，也不是橫向振動，而是扭轉(zhuǎn)振動。這是由于兩端橋臺與過渡墩上的滑板支座抵抗力太小，不能有效約束全橋的扭轉(zhuǎn)變形。全橋的抗扭剛度主要由中間獨(dú)柱墩的自身抗扭剛度承擔(dān)，而獨(dú)柱墩的自身抗扭剛度是有限的，因此，扭轉(zhuǎn)振動上升為第1階振型。

　　對該橋在順橋向輸入地震，反應(yīng)譜分析得到獨(dú)柱墩底的順橋向彎矩M及扭矩T。相對于彎矩M，其扭矩T很小，這是因?yàn)樵陧槝蛳蚪Y(jié)構(gòu)是對稱的，輸入地震時(shí)很難激勵(lì)其扭轉(zhuǎn)振型。對該橋在橫橋向輸入地震，反應(yīng)譜分析得到獨(dú)柱墩底的橫橋向變矩M及扭矩T，可見在橫橋向由于結(jié)構(gòu)不是完全對稱，其第1階扭轉(zhuǎn)振型被激勵(lì)，而兩端的橋臺與過渡墩上的滑板支座不能承擔(dān)多少抗扭能力，主要由抗扭剛度相對比較大的獨(dú)柱墩承擔(dān)扭矩。因此，在數(shù)值上，扭矩T達(dá)到彎矩M的4倍以上。而在一般的橋梁抗震分析中，扭矩一般比彎矩小2個(gè)數(shù)量級。

　　由于鋼筋混凝土構(gòu)件的抗扭能力一般不強(qiáng)，在如此強(qiáng)大的扭矩作用下，獨(dú)柱墩底易發(fā)生彎扭破壞。由于墩底與墩頂?shù)呐ぞ叵嗟?，也可能?dú)柱墩頂外側(cè)板式橡膠支座先被剪壞。而現(xiàn)行《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》對于板式橡膠支座梁橋的順橋向、橫橋向抗震計(jì)算均有相關(guān)的規(guī)定，然而，這些規(guī)定沒有考慮結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，這在大多數(shù)情況下板式橡膠支座是可以適用的。但在上述某預(yù)應(yīng)力T形梁連續(xù)梁橋?yàn)槔闆r下，全橋的整體扭轉(zhuǎn)效應(yīng)顯著，且主要由獨(dú)柱墩的局部扭矩抵抗時(shí)，規(guī)范給出的計(jì)算式是不能完全適用的，應(yīng)通過空間計(jì)算解到這些局部扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。如果直接套用規(guī)范公式，僅僅只進(jìn)行橋墩的抗彎、抗剪驗(yàn)算，而忽略抗扭驗(yàn)算，就可能得出錯(cuò)誤的結(jié)論。

　　二、改進(jìn)的措施

　　針對上述存在的問題，我們分析起原因并提出改進(jìn)措施。上述存在的問題主要是由于滑板支座不能提供橋臺、橋墩與上部的有效聯(lián)結(jié)，因此，一方面，可考慮在兩端的伸縮縫處，滑板支座改為板式橡膠支座，加強(qiáng)橋墩和橋臺與橋面的聯(lián)結(jié)，通過兩側(cè)的橋墩和橋臺來抵抗整體扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，以保證獨(dú)柱墩墩身與墩頂支座的安全。另一方面，也可將獨(dú)柱墩改為雙柱式墩，通過雙柱的相互共同整體作用抵抗整體扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，以減小墩身的局部扭矩。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，可采用上述其中一種措施，或兩種措施同時(shí)采用，來解決扭轉(zhuǎn)問題。

　　將上述某預(yù)應(yīng)力T形梁連續(xù)梁橋的滑板支座改為板式橡膠支座，重新計(jì)算。在橫橋向輸入地震，得獨(dú)柱墩底的橫橋向彎矩M及扭矩T，通過計(jì)算得知在改為板式橡膠支座后，橫橋向的剛度提高，獨(dú)柱墩底的反應(yīng)彎矩增大，但是扭矩反而減小了約50倍。可見將滑板支座改為板式橡膠支座有很好的效果。由于該聯(lián)長度不大，由此產(chǎn)生的溫度效應(yīng)也是容易調(diào)整的。如果不改變支座，將上述橋中間的獨(dú)柱墩改為雙柱式，對該橋在橫橋向輸入地震，計(jì)算得雙柱墩底的橫橋向彎矩M及扭矩T，計(jì)算得知在改為雙柱式墩后，盡管橫橋向的剛度提高，獨(dú)柱墩底的反應(yīng)彎矩增大，但是墩底的扭矩仍然減少很多，在數(shù)值上比彎矩要小2個(gè)數(shù)量級。

　　三、結(jié)論

　　兩跨連續(xù)梁橋，中間橋墩為獨(dú)柱式墩，并采用板式橡膠支座，而在兩端伸縮縫處采用滑板支座時(shí)，在橫向地震下，可能在中間獨(dú)柱墩上產(chǎn)生較大扭矩。在設(shè)計(jì)這種橋梁時(shí)，應(yīng)特別注意驗(yàn)算獨(dú)柱墩的抗扭能力，及獨(dú)柱墩頂外側(cè)的板式橡膠支座。為避免結(jié)構(gòu)的這一不利受力情況，可采用板式橡膠支座取代兩端伸縮縫處的滑板支座，或?qū)⒅虚g獨(dú)柱墩改為雙柱式墩。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1、《橋梁抗震》，范立礎(chǔ)，上海：同濟(jì)大學(xué)出版社