蘇永定

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司廈門(mén)分公司 福建廈門(mén) 361009)

廈門(mén)市海滄貨運(yùn)通道橋梁抗震設(shè)計(jì)

蘇永定

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司廈門(mén)分公司 福建廈門(mén) 361009)

地震是自然界中一種突發(fā)性的嚴(yán)重災(zāi)害，目前尚無(wú)法準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)。因此，抗震設(shè)計(jì)仍屬于經(jīng)驗(yàn)學(xué)科范疇。文章結(jié)合工程實(shí)際，通過(guò)建立空間桿系模型計(jì)算橋梁橫橋向及順橋向地震力，同時(shí)采用橋梁鉛芯隔震橡膠支座，使各橋墩共同受力，滿(mǎn)足抗震要求。

抗震設(shè)計(jì)；鉛芯支座

1 概述

1.1 工程概況

圖1 主線(xiàn)橋道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面

廈門(mén)市海滄貨運(yùn)通道，設(shè)計(jì)起點(diǎn)與蜈蚣山2號(hào)隧道終點(diǎn)相接，上跨孚蓮路疏港互通后沿既有孚蓮路線(xiàn)位向西北方向延伸至設(shè)計(jì)終點(diǎn)孚蓮路海翔互通。本項(xiàng)目包括一座主線(xiàn)橋，4座匝道橋以及地面道路改造。其中橋梁工程分為：主線(xiàn)橋(左、右幅)；A、B匝道橋和C、D匝道橋。高架橋主線(xiàn)橋面標(biāo)準(zhǔn)寬度分為13.25m、26m、15.5m三種，A、B匝道橋?qū)挾葹?.0m，C、D匝道橋?qū)挾葹?.5m，總橋梁面積為96 691.329m2，其中13.25m寬橋面面積33 773.1m2，26m寬橋面面積50 845.229m2，15.5m寬橋面面積3 379m2，9.5m寬橋面面積4 142m2，8m寬橋面面積4 552m2，如圖1所示。

1.2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

(1)道路等級(jí)：城市快速路。

(2)設(shè)計(jì)行車(chē)速度：80km/h(貨車(chē)限速：60km/h)。

(3)設(shè)計(jì)汽車(chē)荷載：城—A級(jí)(荷載系數(shù)1.3)。

(4)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100年；橋梁設(shè)計(jì)使用年限為100年。

(5)橋面寬度：主線(xiàn)高架橋整體斷面標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)?6m和15.5m，分幅斷面標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)?3.25m，A、B匝道橋橋?qū)?m，C、D匝道橋橋?qū)?.5m。

(6)橋下凈空：上跨被交路機(jī)動(dòng)車(chē)道處為≮5.3m，施工期間橋下凈空≮4.5m控制。

(7)橋梁設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)。

(8)橋梁環(huán)境類(lèi)別：II類(lèi)。

(9)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：地震基本烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震動(dòng)峰值加速度為0.15g。橋梁抗震設(shè)防分類(lèi)為乙類(lèi)，抗震措施等級(jí)為8度。

(10)防撞等級(jí)：SA級(jí)(整幅橋中央分隔帶護(hù)欄防撞等級(jí)為Am級(jí))。

2 橋梁總體設(shè)計(jì)

2.1 主要設(shè)計(jì)原則

橋型選擇遵循“安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀(guān)和有利環(huán)保的原則”，并考慮因地制宜、便于施工、就地取材和養(yǎng)護(hù)等因素。橋孔布設(shè)主要受所跨越的道路橫斷面、地面或地下構(gòu)造物的制約，并結(jié)合橋位處的地形、地質(zhì)、施工條件、施工工期等因素，針對(duì)該項(xiàng)目的特點(diǎn)，確定了以下設(shè)計(jì)原則：

(1)橋型選擇及布設(shè)應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)本身的合理性與協(xié)調(diào)性，并注意與周?chē)坝^(guān)相融合，做到景上添景。遵循安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀(guān)和有利環(huán)保的原則。

(2)橋孔布設(shè)在不受制約的條件下，盡可能采用經(jīng)濟(jì)跨徑。主線(xiàn)高架橋整體斷面標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)?6m，基本跨度采用35m，其余橋?qū)捇究缍炔捎?0m，梁體均采用預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁，方便養(yǎng)護(hù)，采用連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系，以增加橋面平整度，使得行車(chē)舒適。

(3)盡量采用外形一致的梁體結(jié)構(gòu)，以便采用模塊化模板，方便施工，縮短工期，降低造價(jià)。

(4)梁型和墩型選擇及布設(shè)應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)本身的合理性與協(xié)調(diào)性，并注意與周?chē)坝^(guān)相融合，做到景上添景。遵循安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀(guān)和有利環(huán)保的原則。

(5)為保證樁基質(zhì)量，成樁后應(yīng)逐一進(jìn)行無(wú)破損檢驗(yàn)，采用聲測(cè)法，每根樁埋置3根φ56mm聲測(cè)管，呈120°放置。

(6)從混凝土砼材料選擇、結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施及施工關(guān)鍵工序的控制等方面，提高混凝土耐久性。

(7)施工時(shí)要有環(huán)保意識(shí)，注意水土保持和美化環(huán)境，應(yīng)做到文明施工、平安工地。

2.2 橋型布置

根據(jù)高架橋平面布置，高架橋主線(xiàn)橋面標(biāo)準(zhǔn)寬度分為13.25m、26m、15.5m三種，A、B匝道橋?qū)挾葹?.0m，C、D匝道橋?qū)挾葹?.5m，總橋梁面積為96 691.329m2，其中13.25m寬橋面面積33 773.1m2，26m寬橋面面積50 845.229m2，15.5m寬橋面面積3 379m2，9.5m寬橋面面積4 142m2，8m寬橋面面積4 552m2。

A、B匝道橋布置在主線(xiàn)高架橋中段，主要用于解決片區(qū)上、下高架橋的交通需求，橋墩位布置與相連接的主線(xiàn)高架橋?qū)R。

2.2.1 主線(xiàn)橋

主線(xiàn)高架橋分左、右幅布置，左幅橋起點(diǎn)里程為ZK4+904.165，終點(diǎn)里程為ZK8+254.997，全長(zhǎng)3 350.832m，標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)挿譃?3.25m、26m和15.5m；右幅橋起點(diǎn)里程為YK4+923.230，終點(diǎn)里程為YK6+113.188，全長(zhǎng)1 189.958m，橋?qū)挒?3.25m。

13.25m橋?qū)挷贾迷诟呒軜虻钠瘘c(diǎn)段，分左、右幅布置，跨越疏港通道互通和翁角路，左幅橋長(zhǎng)1 245.832m，右幅橋長(zhǎng)1 189.958m；26m橋?qū)挼臉蜷L(zhǎng)1 887m，為高架橋的主體部分；15.5m橋?qū)挷贾迷诟呒軜蚪K點(diǎn)段，橋長(zhǎng)為218m。

13.25m和15.5m橋?qū)捇究缍葹?0m，梁高為1.8m。高架起點(diǎn)分幅段,左幅橋跨越翁角路跨度為42m，采用變寬度連續(xù)梁(橋?qū)?3.25m～21.75m)，梁高2.2m；左、右幅橋跨越疏港通道互通跨度為44m，采用變高度連續(xù)梁(橋?qū)?3.25m)，支點(diǎn)梁高2.8m，跨中梁高1.8m。

26m橋?qū)捇究缍葹?5m，跨越規(guī)劃東孚西路跨度為40m，梁高均為2.2m。

2.2.2 匝道橋

A匝道起點(diǎn)里程為AK0+136，終點(diǎn)里程為AK0+440，全長(zhǎng)304m，橋面寬度8m，梁高1.8m。

B匝道起點(diǎn)里程為BK0+070，終點(diǎn)里程為BK0+335，全長(zhǎng)265m，橋面寬度8m，梁高2m。

C匝道橋起點(diǎn)里程為CK0+104.034，終點(diǎn)里程為CK0+322.034，全長(zhǎng)218m，橋面寬度9.5m，梁高1.8m。

D匝道橋起點(diǎn)里程為DK0+104.034，終點(diǎn)里程為DK0+322.034，全長(zhǎng)218m，橋面寬度9.5m，梁高1.8m。

2.3 設(shè)計(jì)計(jì)算

2.3.1 設(shè)計(jì)荷載

(1)恒載

結(jié)構(gòu)重力：根據(jù)材料重力密度計(jì)算。

預(yù)加應(yīng)力：錨下控制張拉應(yīng)力各聯(lián)各異。鋼束fpk=1 860MPa，預(yù)應(yīng)力鋼筋與塑料波紋管道壁的摩擦系數(shù)μ=0.15，管道局部偏差系數(shù)k=0.0 015,松弛系數(shù)按JTG D62-2004確定，鋼筋回縮及錨具變形6mm。

混凝土收縮及徐變影響：按JTG D62-2004的方法計(jì)算。

基礎(chǔ)變位影響力：按基礎(chǔ)變位不均勻沉降,5mm～15mm根據(jù)跨度不同分別采用。

二期恒載：橋面鋪裝、防撞護(hù)欄、聲屏障等。

(2)活載

汽車(chē)活載：城—A級(jí)(荷載系數(shù)1.3)。

汽車(chē)沖擊力：梁計(jì)沖擊力，沖擊系數(shù)計(jì)算辦法按城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范執(zhí)行。

車(chē)道橫向折減系數(shù)：按JTG D60-2004執(zhí)行。不計(jì)人群荷載。

(3)其他可變荷載

制動(dòng)力：制動(dòng)力計(jì)算辦法按JTG D60-2004執(zhí)行。離心力與制動(dòng)力組合，制動(dòng)力按70%計(jì)算。

離心力：曲率半徑R≤250m時(shí)，計(jì)入行車(chē)離心力作用，離心力系數(shù)按JTG D60-2004執(zhí)行。

風(fēng)荷載、溫度影響力、支座摩阻力等其它分項(xiàng)荷載按JTG D60-2004執(zhí)行。溫度梯度引起的效應(yīng)按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D62—2004)中豎向溫度梯度曲線(xiàn)執(zhí)行，橋梁溫度變化按整體升溫25℃和整體降溫25℃考慮。

(4)偶然荷載

根據(jù)《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]，本橋抗震設(shè)計(jì)方法選用為A類(lèi)，應(yīng)滿(mǎn)足相關(guān)構(gòu)造和抗震措施的要求，應(yīng)進(jìn)行抗震分析和抗震驗(yàn)算。

2.3.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

(1)上部結(jié)構(gòu)計(jì)算

梁部采用MIDAS和橋梁博士V3.3計(jì)算，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁按部分預(yù)應(yīng)力A類(lèi)構(gòu)件設(shè)計(jì)。

梁體經(jīng)計(jì)算，結(jié)構(gòu)各截面的應(yīng)力、承載力及剛度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)安全可靠。

(2)墩柱、樁基礎(chǔ)計(jì)算

縱向水平力計(jì)算采用集成剛度法：各墩柱剛度考慮樁基、墩柱、支座共同作用。

縱向水平力有溫度影響力、汽車(chē)制動(dòng)力、地震力。

樁基礎(chǔ)采用“m”法計(jì)算。墩柱計(jì)算采用按持久狀況承載能力極限狀態(tài)法即偏心受壓構(gòu)件正截面承載力配筋及裂縫驗(yàn)算。

通過(guò)計(jì)算分析，墩柱結(jié)構(gòu)尺寸及其抗力、變形滿(mǎn)足規(guī)范要求。

(3)抗震計(jì)算

采用MIDAS分析軟件，建立空間桿系模型計(jì)算橋梁橫橋向及順橋向地震力。

抗震重要性系數(shù)：E1作用取0.61，E2作用取2.05，如圖2～圖3所示。設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度為0.15g。

場(chǎng)地類(lèi)型為Ⅱ類(lèi)，地震特征周期按0.4s。混凝土結(jié)構(gòu)阻尼比0.05。

通過(guò)計(jì)算分析，結(jié)構(gòu)各構(gòu)件滿(mǎn)足E1作用狀態(tài)下偶然工況承載力要求，E2作用下變形及能力保護(hù)設(shè)計(jì)要求。

圖2 E1反應(yīng)譜

圖3 E2反應(yīng)譜

(4)抗傾覆計(jì)算

高架主線(xiàn)橋和匝道橋梁體經(jīng)抗傾覆計(jì)算，抗傾覆安全系數(shù)均大于3。

3 結(jié)論

本工程通過(guò)反應(yīng)譜法，對(duì)橋梁進(jìn)行抗震分析，同時(shí)采用橋梁鉛芯隔震橡膠支座，使各個(gè)墩共同受力，滿(mǎn)足抗震要求，對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)安全起到良好的保護(hù)作用。

[1] CJJ 166-2011 城市橋梁坑震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2011.

Seismic Design of Haicang Freight Road Bridge in Xiamen City

SUYongding

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.Xiamen branch，Xiamen 361009)

Earthquakes are a sudden and serious disaster in nature ，It is not yet accurate to predict ；Therefore, seismic design still belongs to the subject area of experience.This paper combines engineering practice，By establishing space truss system model to calculate the transverse bridge and along the bridge to seismic forces, At the same time the use of lead-rubber bearing bridge, pier so common force, to meet seismic requirements.

Seismic design；Lead bearing

蘇永定(1980.9- ),男,工程師。

E-mail:9736654@qq.com

2017-02-20

U442.5

A

1004-6135(2017)06-0110-03