连续梁桥抗震典型设计方法研究

42卷第33期 2 0 1 6 年 1 1 月

SHANXI ARCHITECTURE

山 西建筑

Vol.42No.33Nov. 2016

• 173 •

文章编号：1009-6825 (2016) 33-0173-03

连续梁桥抗震典型设计方法研究

赵习刚

(南京市市政设计研究院有限责任公司，江苏南京210008)

摘要:通过分析桥梁的抗震原理，总结了桥梁抗震设计的一般原则,并从结构选型、结构优化、隔震设计、减震设计等方面，阐述 了宿新高速的桥梁抗震设计方案，旨在确保桥梁运营的安全性。关键词:桥梁，抗震设计，承载力,铅芯橡胶支座中图分类号:U441.3

。引g

随着抗震设计逐步受到重视，桥梁抗震设计的研究实践也越 来越多，除了大跨度桥梁外,在抗震设防烈度较高地区的公路桥 的抗震实践也逐步展开，减隔震技术在越来越多的桥梁结构中运 用。本文通过对桥梁抗震设计原理进行分析总结，形成一套比较 常规的抗震设计思路。

1地震反应

在地震时，地面上的结构物因惯性的作用而产生震动，其震

动反应包括位移、速度和加速度。

位移、加速度反应的大小与结构物的自振周期有着密切的关 系。结构刚度越小、周期越长，地震作用下结构的位移反应也越 大，容易造成落梁、支座脱位等，因而需对位移进行限制。结构刚 度增大、周期变短，地震作用下结构的位移反应会减小，但结构加 速度反应会增大，影响结构安全。

因此，结构应有适宜的刚度，满足结构受力和位移的要求。 常规的隔震设计就是通过增大结构自振周期来达到减小地震荷

载，并且采用增加阻尼器耗能来减小柔性支座处的相对位移[1]， 如图1，图2所不。图1加速度与

图2位移与

结构周期、阻尼曲线

结构周期、阻尼曲线

2抗震设计

2.1 结构选型

结构受到的地震作用与结构的质量成正比，因此，选用质量

较轻的结构体系有利于结构抗震。对目前常用的几种常规桥梁 体系分析，一般来说，组合钢桥的质量最小，现场拼装，施工进度 较快，施工对周围影响较小，但短期成本较高;预制小箱梁结构质 量较小，现场拼装较快，但结构整体性较差，跨度受到严格限制; 现浇箱梁桥的质量较大，但整体性好，特别适用于变宽的匝道桥、 立交桥。因此，结构选型需综合考虑，优先质量较小的体系。

2.2 结构优化

1)同类构件受力均衡，构件承载力均能充分发挥。由于常规 的连续梁桥一般只设置一个固定支座，在地震作用下，所有上部

收稿日期

:2016-09-13作者简介:赵习刚（

1983-),男，工程师

:A

结构产生的地震力由该约束墩承担，其余墩只承担自身产生的地 震力，因此固定墩的受力极为不利。如果在保证主梁能承担温度 应力的前提下，增加约束个数，将大大降低单个墩承担的地震力。

2)构件的刚度与承载力的均衡。一般情况下，结构的承载力 不足，很自然考虑增大截面、增加配筋来提高结构的抗力,这种方 法将大大增加成本，而且，根据地震反应的分析，增加墩柱和桩截 面尺寸能增加截面承载力，但同时也增加了结构刚度，引起地震 反应的增大，并且可能导致结构不安全。

一般在主梁与墩顶（或盖梁顶）之间设置支座，上部结构对支 座顶面处产生的水平地震力：

乙

=

T^

Wg

。

1 = 1

其中，^为一联上部结构的总重力，kN;SMS相应水平方向 的加速度反应谱值;为第i号墩组合抗推刚度，kN/m，&,=

人，为第〖号墩支座抗推刚度，kN/m,&为第；号桥墩顶抗

推刚度，kN/m。支座顶面的水平地震力根据各墩与支座的组合抗推刚度进

行分配，要使各墩的承载力均衡，要求墩与支座的组合刚度均衡， 即可以在刚度大的墩上安装刚度较小的支座，刚度小的墩上安装 刚度较大的支座。

3隔震设计

目前常用的桥梁隔震设计一般采用减小结构刚度，从而增加

结构周期的方法来实现。如图3所示，r = 277

其中，K为结

构的刚度。

—水平设计加速度反应谱

周期77s

图3结构地震反应与周期曲线

桥梁结构体系的刚度与主梁、支座、墩、柱有关，连接梁体和 墩的支座成为减隔震设计的关键，支座的刚度直接影响墩与支座 的组合刚度，从而影响整个结构体系的反应。由于隔震支座（板 式橡胶支座）的刚度较小，可以降低结构刚度，减小结构内力，但 位移增大，需对位移进行限制，防止落梁。

文献标识码•

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第

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山西建筑

4减震设计

阻尼比越大，结构的动力反应（力、位移）越小，因此,通过设

的地震力由该约束墩承担,其余墩只承担自身产生的地震力;方

案2,在保证主梁能承担温度应力的前提下，中间墩纵向全部约 束。E1地震作用下墩底纵向弯矩见表1。

置特殊装置提高结构的阻尼比，可有效地降低结构的位移反应。

这种利用阻力耗能减震的原理如图4所示。

---阻尼比0.05 -…阻尼比0.1 一阻尼比0.15

〇|~

2~

周期77s

图4

结构地震反应与周期、阻尼曲线

一般采用铅芯橡胶支座和设置阻尼器来增加结构阻尼，降低 结构内力和位移[2]。另外同济大学研制的具有自恢复性能的双 曲面球型减隔震支座，也能降低结构内力和位移[3]。

铅芯橡胶支座的减震性能主要跟支座的屈服后刚度和支座 的屈服力有关;铅芯橡胶支座具有屈服后刚度小、阻尼大的优点， 可以起到减震和隔震的双重效果。支座对下部结构的减震效果 主要取决于铅芯支座的屈服后刚度，且随屈服后刚度的减小而增 大;铅芯橡胶支座对上部结构的减震效果，随支座阻尼的增大而 增大，上部结构梁体位移随阻尼的增大而减小。

铅芯支座屈服力会影响支座的减震效果。由于梁体位移随 支座阻尼的增大而减小，当屈服力较小时，支座阻尼小，梁体位移 较大，只有屈服力一定大时,才能保证支座有足够的阻尼来控制 梁体位移;但当屈服力过大时，支座进人铅芯屈服状态短，结构主 要以支座初始刚度对地震波进行响应，支座阻尼不能充分发挥作 用，支座减震效果下降。通常屈服力的总和/梁体总量的比值在

4% ~ 10%之间对桥梁的减震效果最佳。

因此当铅芯支座选取适当时(选择合适的型号的产品），既可 以降低墩顶位移，又不增大梁体位移，从而减小桥梁下部结构的 地震力，又满足了上部结构梁体之间抗震缝的要求。5

防落梁设计

目前7度及以上地区桥梁防止梁体坠落或脱开的措施如下：

1)桥梁墩台构造措施:桥墩桥边缘距梁端的距离a為70 +0. 5L (i为桥梁计算跨径，m)。2)设置连接措施构造:在相邻梁体之间 和/或桥台与梁体之间设置连杆装置，在桥梁全长方向上形成至 少一联柔性连接体系，连杆装置由连杆、阻尼器构成。

6工程实例

宿新高速中陆集互通主线跨新S325大桥，m类场地,设计烈

度为8度，采用25 m现浇连续梁桥，4跨1联，双向四车道，双幅 变宽桥，梁高150 cm,桥面铺装为6 cm的现烧混凝土 + 10 cm的 沥青混凝土;双柱墩柱直径140 cm,桩基直径150 cm。

采用有限元软件SAP200CM1. 0. 8对该桥中间联进行抗震分 析，左右两联为考虑相邻联影响，桩土相互作用通过土弹簧来考 虑，根据抗震细则上设计加速度反应谱E1,按随机合成的方法生 成设计加速度时程计算。分析模型如图5所示。6.1

结构选型

减轻结构重量，减小结构在地震作用下的内力和变形。考虑 钢箱梁造价太高，且桥面变宽度的要求限制，采用现浇箱梁。6.2 结构优化

1)同类构件受力均衡，所有构件承载力均能充分发挥。方案1,采用盆式支座，纵向1个约束墩，所有上部结构产生

T| __

墨

_ _

图5

结构分析模型

表1

E1地震作用下墩底纵向弯矩

kN • m

工况1号

2号3号4号5号纵向单墩约束

8438507 1839741 017纵向3墩约束

843

4 706

4 568

4 453

1 005

2)构件的刚度与承载力的均衡。增加墩柱和桩截面尺寸，截 面承载力增加，但地震反应亦增大。中间墩均固定，iV = 4 800 kN, 相同配筋38根直径28的钢筋。

表2

E1纵向地震作用下3号墩墩底纵向弯矩 kN • m

截面尺寸1.4(1.5)1.6(1.8)1.8(2.0)2.2(2.4)2.4(2.6)墩底弯矩

4 568

6 068

6 915

9 29211 463承载力

4 9485 8927 1779 862

11 062

注:截面尺寸为激、桩直径，括号中为桩径，m

从表2可以看出，墩截面尺寸的增加，并不一定能增加结构 的安全度，墩从1.6 m增大到2.4 m，结构内力增加的幅度大于弯 矩承载力增加的幅度,因此不能盲目的增大截面。6.3隔震设计

采用板式支座，通过调整支座刚度，使所有墩的刚度趋于均 衡，共同承担地震力。采用板式橡胶支座参数如下:边支座有效 刚度为2.8 kN/mm,中间支座有效刚度为5 kN/mm,El纵向地震 作用下，盆式支座中间3墩均固定与板式支座内力位移比较如表3所示。

表3

E1作用下两种支座中间墩墩底弯矩、梁体位移

工况

墩底弯矩/kN • m

梁纵向位移/m盆式支座4 706

0.024

隔震支座

2 341

0.088

从表3可以看出，降低结构刚度，减小结构内力，但梁体位移 增大。

6.4减震设计

选用OVM铅芯橡胶支座，位移量为75 mm，剪切模量为 1 N/mm2,中间墩采用J4Q920,铅芯屈服力417 kN，一次刚度32.4

kN/mm,二次刚度5 kN/mm,等效刚度7 kN/mm,等效阻尼

系数16.8% ,竖向刚度7 000 kN/mm;边墩采用J4Q670,铅芯屈服 力216 kN，一次刚度18. 2 kN/mm,二次刚度2. 8 kN/mm,等效刚 度3. 9 kN/mm，等效阻尼系数16.7%，竖向刚度5 500 lkN/mm。

E纵向地震作用下，盆式支座中间3墩固定与板式支座、铅

芯支座内力位移比较见表4。

表4

E1作用下三种支座中间墩墩底弯矩和梁体位移

工况

墩底弯矩/kN • m

梁纵向位移/m盆式支座4 706

0.024

隔震支座2 3410.088减隔震支座

3 Oil

0.054

从表4可以看出，增加结构阻尼，降低结构内力和位移。 6.5延性设计

桥墩考虑最小配箍率的限值，计算得体积配箍率为〇. 4% ,并 验算墩的抗剪（内力保护构件)满足要求。

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文章编号：1009-6825 (2016) 33-0175-03

桥梁深水基础的水下钻孔爆破施工技术

刘威

(中铁三局第二工程有限公司，河北石家庄050046)

摘要:结合某桥梁深水基础的工程特点，制定了精细化水下钻孔爆破施工方案，从爆破设计参数、实时监测和现场管理等方面, 阐述了水下钻孔爆破施工技术要点，实现了对临近既有高速公路行车、铁路运营及航道内船舶通行干扰的目标。关键词:桥梁，深水基础，水下爆破，施工技术中图分类号:U445.55

文献标识码:A

法、炸药保管及运输、炸药放置方法和起爆。

1)

钻孔方法。采用拟〇〇型潜孔冲击钻，施工方法如下:首

先，将钻孔平台进行精确定位，并收紧绞锚机上的钢丝，以保证平 台不会发生移动;其次，采用直径110 mm套管通过液压系统压至 岩层表面，并套管下钻头，通过冲击作用打碎岩石;最后，将高压 水泵连接到主钻杆，将孔内的石渣排出形成钻孔。

2) 炸药放置方法。根据地质情况分析，确定本项目的炸药使 用为:70 mm孔径，长400 mm,重1.6 kg的乳胶炸药。首先，根据 单孔用药量用套管将炸药送到钻孔内，并用泥浆封堵;其次，将导 线从套管底部拿出并与其他部分进行连接。这样，炸药放置就不 会受到水位和水流影响。

3) 起爆。起爆前需要检查电雷管，用2H-1型专用欧姆表;然 后,制造起爆药并放人钻孔内用导爆管连接;最后，将导爆管和电 雷管连接处放置在泡沫浮球上，并用电雷管引爆。4) 清渣。爆破结束后，采用抓斗或挖机进行清渣，清渣顺序 为从南向北方向逐步推进，用装渣船配合运到环保部门指定地点 倾倒。

1工程概述

依托工程是新建湘江特大桥，该桥梁位于长沙市区西北

14 km的湘江西岸月亮岛，距离既有线的右侧17. 5 m ~ 28. 5 m不 等，横跨湘江。主桥结构为悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥，跨 径布置(63.65 + 8 x 96 + 61.5) m，跨越湘江主河道，下部为35号 墩~ 45号墩。40号墩~ 42号墩之间两孔为通航航道。根据桥址 处的地质图勘察，38号~42号桥墩处覆盖层浅，钢管桩打人艰 难，基础施工难度大，根据研究分析，应用水下钻孔爆破法可以有 效开展。

目前，国内外对于嵌人岩石的低桩承台施工，需用水下爆破 法进行基岩的开挖，而后采用钢围堰进行承台的施工。大部分水 下爆破区域周围无任何建构物[1];本工程的水下爆破区域毗邻既 有铁路、高速公路桥，爆破施工要确保营业线行车安全及湘江主 河道内船舶的正常通航;其施工难度大、安全风险高，因此需要制 定详细爆破施工技术和方法。

2总体施工方案策划

通过对桥址施工条件调研，拟采用水下钻孔爆破方法，钻机 采用YQ励A型潜孔钻。钻孔爆破所涉及的主要内容是:钻孔方桥桩作为能力保护构件，以墩的极限抗弯承载力（考虑超强 系数1.2)为基准，计算桩设计内力，配筋见表5。

表5

工况盆式支座

隔震支座减隔震支座

3爆破施工技术及要点

爆破施工通过设计精确的爆破参数，并采用跟踪监测和现场

SO-S 9-O-S 9-O-SSO-S 9-O-SSO-S 9-O-S 9-O-SSO-S 9-O-S 9-O-S SO-S 9-O-S 9-O-SSO-S 9-C

SO-S 9-O-S 9-O-S的分析比较可以看出，板式隔震支座可以大大减小结构内力，但 梁体位移较大，必须进行位移限制;采用铅芯橡胶支座的方法能 减小内力和位移，但一般成本较高，因此工程中需综合考虑选用， 考虑通过构造措施如加大桥墩桥边缘距梁端的距离、设置钢板限 位装置防止落梁。

不同支座的墩桩配筋比较

墩（1.4m)

桩（1.5 m)配筋率

1.801.001.00

配箍率0.400.400.40

％

配箍率0.150.150.15

配筋率1.500.700.80

参考文献：

[1] 范立础，王志强•桥梁减隔震设计[M].北京:人民交通出版

社，2001.

[2] 郭磊，李建中，范立础.大跨度连续梁桥减隔震设计研究

[J]. 土木工程学报,2006(3) :38-39.

[3] 彭天波，李建中，范立础.双曲面球型减隔震支座的开发及

应用[J].同济大学学报（自然科学版），2〇〇7(2):i2〇-m.

7结语

分析桥梁抗震的原理，总结进行桥梁抗震设计的一般原则，

首先优选质量较轻的结构体系，结构布置考虑同类构件受力均 衡、构件的刚度与承载力的均衡的原则，进而考虑减震、隔震设 计、延性设计，对工程实践有明确的指导意义。以上工程实例中

Typical aseismic design research of continuous bridge

Zhao Xigang

Abstract: Through analyzing seismic resisting principles of bridge, the paper summarizes general seismic design principles of bridges, and de­

scribes the seismic design scheme of the bridge on Su-Xin highway from aspects of structural selection, structural optimization, seismic isolation design and seismic reduction design, with a view to guarantee the bridge operation safety.Key words ： bridge, seismic design, bearing capacity, lead rubber bearing收稿日期=2016-09-14作者简介:刘威（1982-),男，工程师

(Nanjing Municipal Design and Research Institute Co. , Ltd, Nanjing 210008, China)