兩跨連續(xù)梁橋抗震設(shè)計的一個問題
發(fā)布時間：2010-01-14 共1頁
摘要：中間橋墩為獨柱式墩的兩跨連續(xù)梁橋，當(dāng)中間獨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，在橫向地震下，可能在中間獨柱墩上產(chǎn)生較大扭矩。通過一個工程實例，分析了這種情況下的橫向地震反應(yīng)，并提出了設(shè)計注意的問題和改進措施。
關(guān)鍵詞：兩跨連續(xù)梁橋；獨柱式墩；扭矩
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，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。
但是這種支座布置方案，在應(yīng)用于兩跨連續(xù)梁橋，并且中間橋墩為獨柱式墩時，就可能在抗震上出現(xiàn)不利的受力情況。
1 存在的問題
以某預(yù)應(yīng)力T形梁連續(xù)梁橋為例，取其端部的一聯(lián)，該聯(lián)為兩跨，其跨徑為29．5＋29．5m，一端為橋臺，一端為過渡墩，中間為200×150cm（寬×厚）獨柱式墩。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，計算得到前3階振型，其振型頻率分別為0．47862、0．64586、0．72179。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柱墩的自身抗扭剛度提供，而獨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)譜分析得到獨柱墩底的順橋向彎矩M＝2．01E＋07N·m，扭矩T＝3．82E＋03N·m。相對于彎矩M，其扭矩T很小，這是因為在順橋向結(jié)構(gòu)是對稱的，輸入地震時很難激勵其扭轉(zhuǎn)振型。對該橋在橫橋向輸入地震，反應(yīng)譜分析得到獨柱墩底的橫橋向變矩M＝7．79E＋05N·m，扭矩T＝3．66E＋06N·m，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，而兩端的橋臺與過渡墩上的滑板支座不能提供多少抗扭能力，主要由抗扭剛度相對比較大的獨柱墩承擔(dān)扭矩。因此，在數(shù)值上，扭矩T達到彎矩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個數(shù)量級。
由于鋼筋混凝土構(gòu)件的抗扭能力一般不強，在如此強大的扭矩作用下，獨柱墩底易發(fā)生彎扭破壞。由于墩底與墩頂?shù)呐ぞ叵嗟龋部赡塥氈枕斖鈧?cè)板式橡膠支座先被剪壞。
JTJ004—89《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》〔2〕對于板式橡膠支座梁橋的順橋向、橫橋向抗震計算均有相關(guān)的規(guī)定（第4．2．6、4．2．7條），
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)情況下是可以適用的。但在上述情況下，全橋的整體扭轉(zhuǎn)效應(yīng)顯著，且主要由獨柱墩的局部扭矩抵抗時，規(guī)范給出的計算式是不能完全適用的，應(yīng)通過空間計算解到這些局部扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。如果直接套用規(guī)范公式，僅僅只進行橋墩的抗彎、抗剪驗算，而忽略抗扭驗算，就可能得出錯誤的結(jié)論。
2 改進措施
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，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)，以保證獨柱墩墩身與墩頂支座的安全。另一方面，也可將獨柱墩改為雙柱式墩，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。實際設(shè)計時，可采用上述其中一種措施，或兩種措施同時采用，來解決扭轉(zhuǎn)問題。
將該橋的滑板支座改為板式橡膠支座，重新計算。在橫橋向輸入地震，得獨柱墩底的橫橋向彎矩M＝1．66E＋06N·m，扭矩T＝6．49E＋04N·m，可見在改為板式橡膠支座后，橫橋向的剛度提高，獨柱墩底的反應(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，將上述橋中間的獨柱墩改為雙柱式，對該橋在橫橋向輸入地震，計算得雙柱墩底的橫橋向彎矩M＝4．78E＋06N·m，扭矩T＝3．67E＋04N·m，可見在改為雙柱式墩后，盡管橫橋向的剛度提高，獨柱墩底的反應(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個數(shù)量級。
3 結(jié)論
兩跨連續(xù)梁橋，中間橋墩為獨柱式墩，并采用板式橡膠支座，而在兩端伸縮縫處采用滑板支座時，在橫向地震下，可能在中間獨柱墩上產(chǎn)生較
大扭矩。在設(shè)計這種橋梁時，應(yīng)特別注意驗算獨柱墩的抗扭能力，及獨柱墩頂外側(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獨柱墩改為雙柱式墩。
