沙尔沁立交B匝道桥梁静力及减隔震动力分析
2012-10-23 来源:中国土木科技网
本项目位于京藏高速公路呼和浩特至包头段改扩建工程的沙尔沁立交B匝道桥第五联,桥梁跨径组合:(51.811+51.8)m;桥位平面位于R=260m的左偏圆曲线上,墩台径向布置;纵面位于R=3800m、T=103.8m、E=1.418m的凸形竖曲线内。

    1 工程概况
    本项目位于京藏高速公路呼和浩特至包头段改扩建工程的沙尔沁立交B匝道桥第五联,桥梁跨径组合:(51.811+51.8)m;桥位平面位于R=260m的左偏圆曲线上,墩台径向布置;纵面位于R=3800m、T=103.8m、E=1.418m的凸形竖曲线内。本桥上部结构为(51.811+51.8)m连续钢箱梁;下部采用柱式桥墩,钻孔灌注桩基础。
    桥型布置如图1所示。


图1 桥型布置

    2 技术标准及技术条件
    1、设计荷载:公路-Ⅰ级。
    2、桥面宽度:0.5(护栏)+9.5(行车道)+0.5(护栏)=10.5m。
    3、地震动峰值加速度:0.2g。
    4、桥面最大纵坡:3.553%。
    3 整体静力计算
    整体静力计算包括以下内容:上部结构设计、下部结构设计、主要结构材料选择、计算模型及荷载的确定、主梁计算、位移计算和支座反力计算。
    整体静力计算采用Midas2010空间三维有限元程序进行,应用有限位移理论建立三维有限元模型,活载计算采用空间影响线加载法。结构构件都采用梁单元模拟。全桥离散为204个单元 ,其中主梁离散为70个单元,单元编号为1-70。静力计算有限元模型图如图2所示。


图2 静力计算有限元模型图

    4 桥梁减隔震分析
    根据中国地震局、国家质量技术监督局发布的《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)和内蒙古省地震局,路线穿越地区地震动峰值加速度为0.15~0.20g。根据建设部建标[2001]156 号文关于发布国家标准《建筑抗震设计规范》的通知,沙尔沁地区地震峰动值加速度0.20g,地震基本烈度Ⅷ。
    设计时参照《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004-89)、《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)及其它设计规范要求均提高一级设防。此外,拟建场地地形起伏较大,地貌较为复杂,且分布有较厚的软弱土层,属抗震不利地段,需进行专项研究及结构抗震分析。
    4.1 地震动加速度时程
    由于未见本项目地震动加速度时程数据,根据本项目场地土类别,拟合了一条相适应的地震动加速度时程,调幅后的峰值加速度取0.2g,计算采用的地震动时程如图3~图4所示。


图3  E2地震X方向加速度时程


图4  E2地震Y方向加速度时程

    4.2  HDR高阻尼隔震橡胶支座建模
    HDR高阻尼隔震橡胶支座可简化为双线性恢复力力学模型,如图5~6所示。


图5  HDR固定型支座双线性恢复力力学模型

    图中: K1为屈服前刚度,K2为屈服后刚度,Sy为屈服位移量,Sd为设计阻尼位移,Fy为屈服力,Fd为设计阻尼力。


图6  HDR滑板型支座双线性恢复力力学模型

    图中:K0为屈服前刚度,X0y为屈服位移,F0y为滑动摩擦力。
    4.3 HDR隔震桥梁地震动力时程分析
    采用有限元分析软件Midas2010建立沙尔沁立交钢桥模型,同整体静力分析模型。
    结构的约束条件为:考虑桩身自由长度,桩基在合理长度嵌固;主梁与桥墩根据实际支座类型建立非线性连接。坐标系取顺桥向为X轴,横桥向为Y轴,竖向为Z轴。
    HDR隔震支座的状态设置如下,中墩设置HDR(Ⅲ)-D850-G6/8固定型高阻尼隔震橡胶支座,过渡墩设置HDR(Ⅲ)-500x650- G6/8固定型高阻尼隔震橡胶支座。
    自振特性分析:根据建立的动力计算模型,采用子空间迭代法求解桥梁结构动力特性。
    进行了地震(E2水准)动力时程分析。
    4.4 桥梁相关计算
    桥梁相关计算包括:中墩计算、过渡墩计算、中承台计算、过渡墩承台计算及支座位移计算等。
    5 局部稳定性分析
    根据《钢结构设计规范 GB 50017-2003》4.3节规定,验算钢箱梁腹板局部稳定性。
    6 小结
    经过合理设计计算,沙尔沁立交匝道桥采用减隔震方案设计后,通过减隔震使得每个桥墩纵向和横向承受的地震力均较为均匀,取得了优异的减隔震效果,保证了桥梁的安全性。
    附件:现场照片如下: