钱　光，李　静（.中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉　430063；.武汉二航路桥特种工程有限责任公司，湖北武汉　43007）



城市轨道交通高架桥桥墩延性抗震设计分析

钱光1，李静2
（1.中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉430063；2.武汉二航路桥特种工程有限责任公司，湖北武汉430071）

摘要桥梁延性抗震理论及设计方法已被国内外工程界广泛接受，国内外关于桥梁延性抗震设计的研究成果也很多。本文结合一轨道交通线独柱墩的设计，建立结构-桩-土相互作用力学模型，并采用约束混凝土的概念，按《城市桥梁抗震设计规范》（CJJ 166—2011）进行桥墩延性抗震分析，为今后同类桥梁设计提供借鉴。

关键词抗震；延性设计；城市轨道交通；高架桥

1　延性抗震设计

轨道交通高架桥多位于城市交通密集处，对安全性的要求非常高。我国属于地震多发区，在兴建城市轨道交通时，都会涉及到结构抗震问题。

对组成城市交通要道的工程结构，要求其在遭受地震灾害时，尽管可能严重损坏，但要免于倒塌破坏，这是结构抗震设防的最低目标，也是延性抗震设计的基本思想。

延性抗震理论不同于强度理论，其通过结构选定部位的塑性变形（形成塑性铰）来抵抗地震作用。利用选定部位的塑性变形，不仅能消耗地震作用产生的能量，还能延长结构振动周期，从而减小地震反应。它反映了一种非弹性变形的能力，即结构从屈服到破坏的后期变形能力，这种能力能保证结构强度不会因为发生非弹性变形而急剧下降，从而保证结构在遭遇设计预期地震作用时，即使发生严重破坏，也能避免结构倒塌。

2　工程实例

本文以某轨道交通线双线简支梁15 m高独柱式桥墩为例，简支梁采用单箱单室，梁高1. 80 m，跨高比16. 67，桥面宽9. 20 m，底部宽4. 10 m。成桥效果见图1。桥墩底部截面横桥向宽2. 80 m，顺桥向宽2. 00 m，详细尺寸见图2。主筋配置直径为28 mm的HRB400钢筋，间距12. 50 cm，横桥向主筋根数为21根，顺桥向主筋根数为14根，全截面配筋率为0. 673％。底部塑性铰区域箍筋配置直径为12 mm的HRB400钢筋，顺桥向箍筋肢数为10肢，横桥向箍筋肢数为8肢，其体积配箍率为0. 788％，均满足规范要求。

图1　成桥效果

图2　桥墩截面尺寸（单位：cm）

3　计算分析

3. 1模型建立

该地区位于7度地震区，反应谱拟合的相关参数见表1。拟合后的场地水平加速度反应谱曲线见图3。

表1　E2地震反应谱拟合参数

图3　场地水平加速度反应谱

本文以双线简支梁15 m高独柱式桥墩为例，采用MIDAS/CIVIL建立结构模型，采用反应谱法，在E2地震作用下对桥墩进行延性抗震分析。墩身、承台、基础采用梁单元模拟，将桥墩混凝土定义为PM塑性铰。

利用程序自带的功能计算桥墩弯矩-曲率关系，并按规范要求得到桥墩有效截面抗弯惯性矩。图4和图5为桥墩2个方向M -Φ曲线。表2为截面有效刚度系数等计算参数。

图4　顺桥向M -Φ曲线

图5　横桥向M -Φ曲线

表2　有效刚度参数

3. 2计算结果

3. 2. 1强度验算

根据程序弯矩-曲率曲线计算，得到桥墩截面的极限弯矩，计算得到桥墩在E2地震作用下塑性铰区域的剪力设计值。同时根据规范要求，按实际配筋对其进行能力保护抗震验算，其计算结果见表3。

表3　抗剪强度验算

计算结果表明，桥墩底部可能出现塑性铰区域的剪切强度大于其在地震中可能承受的最大剪力，满足截面抗剪强度要求，即在地震力作用下不会发生剪切脆性破坏。

3. 2. 2变形验算

利用计算得到桥墩截面的极限曲率及屈服曲率，根据规范相关要求，计算得到桥墩2个方向的容许位移，将其与地震作用下墩顶位移进行比较，具体结果见表4。

表4　墩顶位移及容许位移

计算结果表明，桥墩在地震作用下墩顶可能产生的最大位移能满足构件变形要求。

4　结论与建议

本文通过工程实例，按CJJ 166—2011要求，对轨道交通高架桥简支梁独柱式桥墩进行延性抗震设计，总结得出了如下结论，可为今后该类地区同类桥梁的设计提供借鉴。

1）在地震作用下，桥墩底部区域可能出现塑性铰。采用能力保护设计方法进行延性抗震设计，对塑性铰区域钢筋配置进行相关验算，能有效确保结构构件不发生剪切脆性破坏，充分发挥构件的延性能力。

2）构件中纵向钢筋的配置需要满足一定范围，纵向受拉钢筋的增加，总体上对延性有不利的影响。

3）在塑性铰区域适当加密箍筋配置，可以有效提高桥墩延性，避免因箍筋失效或不足而引起的剪切破坏。在设计中应对塑性铰位置箍筋的配置引起足够的重视。

参考文献

［1］范立础.桥梁抗震［M］.上海：同济大学出版社，1997.

［2］中华人民共和国住房和城乡建设部. CJJ 166—2011城市桥梁抗震设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2012.

［3］范立础，卓卫东.桥梁延性抗震设计［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［4］孙卓，李建中，闫贵平，等.钢筋混凝土单柱式桥墩抗震性能试验研究［J］.同济大学学报（自然科学版），2006（2）：160-164.

［5］李国豪.桥梁结构稳定与振动［M］.北京：中国铁道出版社，1992.

［6］包立新，李小珍，卫星，等.宜宾长江公路大桥斜拉桥抗震性能评价［J］.工程力学，2008，25（2）：174-182.

［7］范立础，李建中.高架桥梁抗震设计［M］.北京：人民交通出版社，2001.

（责任审编赵其文）

Seismic Design Analysis of Viaduct Pier Ductility for Urban Rail Transit

QIAN Guang1，LI Jing2
（1. China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.，Ltd.，Wuhan Hubei 430063，China；2. CCCC Road & Bridge Special Engineering Co.，Ltd.，Wuhan Hubei 430071，China）

AbstractT he ductility seismic theory and design method of bridge have been widely conducted in this field. In this paper，ductility seismic design of single column pier of urban rail transit was introduced. A model was built with consideration of interaction of structure，piles and soil. Concrete confinement effect was analyzed. T he ductility seismic design was based on the provisions in Code for Seismic Design of Urban Bridges（C JJ 166—2011）.

Key wordsSeismic resistance；Ductility design；Urban rail transit；Viaduct

中图分类号U442. 5+5

文献标识码A

DOI:10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 06. 08

文章编号：1003-1995（2016）06-0031-03

收稿日期：2016-02-18；修回日期：2016-03-22

作者简介：钱光（1984—），男，工程师，硕士。