1、工工程程編編號(hào)號(hào)：S SZ Z2 20 01 12 2- -3 38 8 海?？诳谑惺泻：？诳跒碁碂魺羲凭频甑昃熬坝^(guān)觀(guān)橋橋工工程程 橋橋梁梁抗抗震震計(jì)計(jì)算算書(shū)書(shū) 設(shè)計(jì)人： 校核人： 審核人： 海海口口市市市市政政工工程程設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)研研究究院院 HAIKOU MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN & RESEARCH INSTITUTE 2 20 01 12 2 年年 0 09 9 月月 目目 錄錄 1工程概況工程概況.- 1 - 2地質(zhì)狀況地質(zhì)狀況.- 1 - 3技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).- 2 - 4計(jì)算資料計(jì)算資料.- 2 - 5作用效應(yīng)組合作用效應(yīng)組合.- 3 - 6設(shè)防水

2、準(zhǔn)及性能目標(biāo)設(shè)防水準(zhǔn)及性能目標(biāo).- 3 - 7地震輸入地震輸入.- 4 - 8動(dòng)力特性分析動(dòng)力特性分析.- 5 - 8.1動(dòng)力分析模型.- 5 - 8.2動(dòng)力特性.- 6 - 9地震反應(yīng)分析及結(jié)果地震反應(yīng)分析及結(jié)果.- 6 - 9.1反應(yīng)譜分析.- 6 - 9.1.1E1水準(zhǔn)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng).- 6 - 9.1.2E2水準(zhǔn)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng).- 7 - 10地震響應(yīng)驗(yàn)算地震響應(yīng)驗(yàn)算.- 8 - 10.1墩身延性驗(yàn)算.- 10 - 10.2樁基延性驗(yàn)算.- 10 - 10.3支座位移驗(yàn)算.- 11 - 11結(jié)論結(jié)論.- 11 - 12抗震構(gòu)造措施抗震構(gòu)造措施.- 11 - 12.1墩柱構(gòu)造措施.- 12

3、- 12.2結(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施.- 12 - - 1 - 1 工程概況 ?？跒尘坝^(guān)橋全橋 24m 橋?qū)?。橋梁全長(zhǎng) 666.08 米，等高梁跨徑布置有 4x35m， 3x35m 兩種形式。橋墩為標(biāo)準(zhǔn)雙柱式橋墩，墩柱高度在 5.297m12.079m 之間。單柱墩底尺寸為 2.2x2.0m。樁基為 81200 鉆孔灌注樁。 本報(bào)告截取最不利一聯(lián) P12P16 進(jìn)行計(jì)算。 橋梁部分橋跨布置圖如下： 圖 1-1 橋梁部分橋跨布置圖 2 地質(zhì)狀況 根據(jù)野外鑒別、原位測(cè)試結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)成果，本次鉆探揭露 120m 深度范 圍內(nèi)的地層綜合劃分為5 個(gè)巖性單元層， 巖土層自上至下分別為 ： 素填土（Q4 ml）：

4、灰黃色，稍濕，稍密狀，主要由石英質(zhì)中粗砂人工回填 而成，含較多碎石塊，已完成自身固結(jié)，人工填島堤岸及施工便道均為拋石。該 層僅在ZK0 鉆孔有揭露，揭露厚度3.30m，層頂高程5.45m。 淤泥（Q4 m）：深灰色，飽和，流塑 -軟塑狀，主要由粘性土組成，切面光 滑，干強(qiáng)度中等，韌性高，具有腐臭味，土質(zhì)污手，該層層表呈現(xiàn)為淤泥混砂和 流泥狀，下套管時(shí)可依靠自重下落，層底呈軟塑狀粘土。該層全場(chǎng)均有分布，厚度 8.0011.40m，平均厚度9.60m，層頂埋深0.003.30m，層頂高程2.15-5.45m。 粘土（Q2m）：棕紅色、灰黃、灰色，濕，可塑 可塑偏軟，主要由粘性土 組成，局部含較多中

5、粗砂，韌性中等，干強(qiáng)度高，切面光滑，稍有光澤反應(yīng)，無(wú) 搖震反應(yīng)。該層在鉆孔ZK0ZK6、ZK7-左、ZK7-右、ZK8-左、ZK7ZK9-補(bǔ)、 ZK11-補(bǔ)、ZK13-補(bǔ)和ZK15-補(bǔ)有揭露，厚度1.204.90m，平均厚度2.59m，層頂 - 2 - 埋深8.0014.80m，層頂高程-8.50-17.41m。 粗砂（Q2m）：灰黃、灰色，濕，中密狀，主要由石英質(zhì)粗砂組成，含少 量粘性土，分選性較差，顆粒級(jí)配一般，膠結(jié)性一般。該層在鉆孔 ZK9ZK14、ZK8-右、ZK7ZK9-補(bǔ)、ZK11-補(bǔ)、ZK13 ZK15-補(bǔ)有揭露，厚度 0.506.10m，平均厚度2.12m，層頂埋深10.601

6、4.80m，層頂高程-10.98- 19.41m。 粉質(zhì)粘土（N2m）：深灰色、青灰色，可塑-硬塑-堅(jiān)硬狀，以硬塑和堅(jiān)硬 狀為主，主要由粘性土組成，含少量中粗砂，巖芯呈土柱狀-堅(jiān)硬薄餅狀，局部 夾半巖狀硬夾層，切面稍有光滑，具有光澤反應(yīng)，無(wú)搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度較高， 韌性中等。該層全場(chǎng)均有揭露，未鉆穿，層頂埋深 9.9019.20m，層頂高程- 10.40-20.61m。 3 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 1）荷載等級(jí)：城市A 級(jí)； 2）人群荷載：； 2 m/k5 . 3N 3）抗震設(shè)防烈度：8 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度峰值：0.3g； 4）抗震設(shè)防類(lèi)別：丁類(lèi)，設(shè)計(jì)方法：B 類(lèi)，抗震設(shè)防措施等級(jí)：8 級(jí)； 5）場(chǎng)地類(lèi)型

7、：類(lèi)； 6）環(huán)境類(lèi)別：類(lèi)； 7）橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100 年； 4 計(jì)算資料 1）計(jì)算軟件：Midas Civil2011 2）支座類(lèi)型：鉛芯隔震橡膠支座。 3）支座參數(shù)： 中墩支座高度為 320mm，平面尺寸 1320mm1320mm，水平剛度 mm/ 5 . 12 kN 邊墩支座高度為 268mm，平面尺寸 770mm770mm，水平剛度 - 3 - ；mm/1 . 4 kN 4）立柱：立柱底平面尺寸：20002200mm，立柱頂平面尺寸： 20002400mm（中墩） ，20002600mm（邊墩） ，墩柱高度在 5.297m12.079m 之間；墩柱底部截面配兩層 32 鋼筋，共 80

8、根。延 伸至墩身以上 4 米處內(nèi)層鋼筋截?cái)啵? 米以上墩身變?yōu)橐粚愉摻?，?40 根。墩身底以上 4 米范圍內(nèi)箍筋采用 16100 鋼筋，4 米以上采用 16150 鋼筋。 5）承臺(tái)：承臺(tái)尺寸為橫橋向長(zhǎng) 14.4m，縱橋向?qū)?5.4m，高 2.5m。橫橋向 底層主筋為單層 32130 鋼筋，頂層為主筋為 16130 鋼筋；橫橋 向底層主筋為單層 32130 鋼筋，頂層為主筋為 16130 鋼筋；箍 筋為 16130 鋼筋，全部采用 HRB335 鋼筋。主筋保護(hù)層厚度為 60mm，箍筋保護(hù)層厚度 30mm。 6）樁基：橋墩位處一共 8 根鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)為 L=51.0m,樁徑 1.2m。樁 身

9、配筋為：主筋 28 共 22 根，其中 11 根為通長(zhǎng)筋，11 根在距樁底 20m 處截?cái)?；箍筋?10 螺旋鋼筋，在距承臺(tái)底 2m 范圍內(nèi)為加密段， 間距為100mm，其余部分間距為200mm。主筋保護(hù)層厚度為 8mm， 箍筋保護(hù)層厚度 30mm。 5 作用效應(yīng)組合 地震作用為偶然作用，根據(jù)公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范、城市橋梁抗震 設(shè)計(jì)規(guī)范、公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則（下簡(jiǎn)稱(chēng)抗震細(xì)則）的規(guī)定，確定以 下 4 種偶然效應(yīng)組合。 E1 縱向組合：恒載+E1 縱向地震效應(yīng)； E1 橫向組合：恒載+E1 橫向地震效應(yīng)； E2 縱向組合：恒載+E2 縱向地震效應(yīng)； E2 橫向組合：恒載+E2 橫向地震效應(yīng)； -

10、4 - 6 設(shè)防水準(zhǔn)及性能目標(biāo) 1）根據(jù)城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，該橋的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為丁類(lèi)，因?yàn)樵?橋?yàn)榇髽?，本次設(shè)計(jì)同樣考慮 E2 地震作用效應(yīng)。 2）根據(jù)抗震細(xì)則，該橋的抗震性能分析，采用二水準(zhǔn)設(shè)防、兩階段設(shè)計(jì)和 基于結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計(jì)思想。根據(jù)震后結(jié)構(gòu)修復(fù)的難易程度以及相應(yīng)的經(jīng)濟(jì) 損失所決定的風(fēng)險(xiǎn)程度。 結(jié)合城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范于抗震細(xì)則，本次抗震重要性系數(shù) Ci 取值如 表 6-1 所示。橋梁主要構(gòu)件的性能目標(biāo)如表 6-2 所示。 表 6-1 抗震重要性系數(shù) Ci E1 地震作用E2 地震作用 市政橋梁0.351.7 表 6-2 橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo) 設(shè)防地震 水準(zhǔn) 結(jié)構(gòu)性能要求結(jié)構(gòu)校核目

11、標(biāo) 樁基礎(chǔ)在彈性范圍內(nèi)工作地震反應(yīng)小于首次屈服彎矩 橋墩在彈性范圍內(nèi)工作地震反應(yīng)小于首次屈服彎矩 E1 地震 作用 支座不發(fā)生剪壞驗(yàn)算支座剪力、位移 樁基礎(chǔ)基本在彈性范圍內(nèi)工作地震反應(yīng)小于等效屈服彎矩 墩柱保證不倒塌或嚴(yán)重結(jié)構(gòu)損傷可按延性構(gòu)件設(shè)計(jì) E2 地震 作用 支座可以剪壞，但保證不落梁驗(yàn)算限位擋塊強(qiáng)度 7 地震輸入 根據(jù)抗震細(xì)則規(guī)定，阻尼比 0.05 的水平設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜取為： )/( )45 . 0 5 . 5( max max max TTS S TS S g 其中，為水平設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜最大值，為特 max SACCCS dsi 25. 2 max g T 征周期。 - 5 -

12、為抗震重要性系數(shù)，為場(chǎng)地系數(shù)，為阻尼調(diào)整系數(shù)，水平向設(shè) i C s C d CA 計(jì)基本地震動(dòng)加速度峰值。 根據(jù)設(shè)計(jì)原則和地質(zhì)報(bào)告，橋梁場(chǎng)地為類(lèi)場(chǎng)地，設(shè)防烈度區(qū)為 8 度區(qū)， 按 8 度設(shè)防。取為 0.55s，場(chǎng)地系數(shù)取為 1.0；橋梁阻尼比為 0.05，阻尼調(diào) g T s C 整系數(shù)為 1，水平向設(shè)計(jì)基本地震動(dòng)加速度峰值為 0.3g。E1 和 E2 水準(zhǔn)下， d CA 主橋水平向設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜如 4-1、4-2 所示。 圖 7-1 E1 水準(zhǔn)下水平向設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜 圖 7-2 E2 水準(zhǔn)下水平向設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜 8 動(dòng)力特性分析 8.1動(dòng)力分析模型 橋梁動(dòng)力特性分析采用離散結(jié)構(gòu)的有限單元

13、方法，有限元計(jì)算模型均以順 - 6 - 橋向?yàn)?X 軸，橫橋向?yàn)?Y 軸，豎向?yàn)?Z 軸。主梁，橋墩和樁基均離散為空間的 梁?jiǎn)卧?，承臺(tái)模擬為質(zhì)點(diǎn)，用等效土彈簧模擬樁土相互作用。 與分析對(duì)象相接的兩聯(lián)作為邊界條件參與建模。結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性和地震反應(yīng) 分析的三維有限元模型，如圖 8-1 所示。 圖 8-1 動(dòng)力計(jì)算模型 8.2動(dòng)力特性 根據(jù)圖 8-1 的動(dòng)力計(jì)算模型，對(duì)橋梁進(jìn)行動(dòng)力特性分析。 表 8-1 橋梁結(jié)構(gòu)周期以及振型描述 振型順序周期(s)振型描述 11.95墩梁縱向振動(dòng) 20.99 墩梁橫向振動(dòng) 30.91 主梁豎彎 40.88 主梁豎彎 50.73 主梁豎彎 9 地震反應(yīng)分析及結(jié)果 9.1

14、反應(yīng)譜分析 采用 E1 和 E2 兩種概率水平、阻尼比為 5%的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜對(duì)該橋進(jìn)行抗震 性能分析。E1 水準(zhǔn)下采用毛截面剛度；E2 水準(zhǔn)下延性構(gòu)件采用折減剛度，其 他構(gòu)件采用毛截面剛度。振型組合方式為 CQC。 #01 墩 #02 墩 #03 墩 #04 墩 #05 墩 - 7 - 9.1.1 E1 水準(zhǔn)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)水準(zhǔn)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng) 墩柱及樁基控制截面的地震反應(yīng)計(jì)算結(jié)果匯于表 9-1表 9-6 內(nèi)。 表 9-1 單柱控制截面內(nèi)力最大值（E1 縱向地震輸入） 跨徑 （m） 構(gòu)件截面位置 地震軸力 （kN） 地震縱向 剪力 （kN） 地震縱向彎 矩 （kN.m） #01單柱墩底62 317307

15、2 #02單柱墩底120 428 4770 #03單柱墩底126 427 4770 #04單柱墩底131 432 4772 4x35 #05單柱墩底65 317 3063 表 9-2 單柱控制截面內(nèi)力最大值（E1 橫向地震輸入） 跨徑 （m） 構(gòu)件截面位置 地震軸力 （kN） 地震橫向 剪力 （kN） 地震橫向彎 矩（kN.m） #01 單柱墩底 287480 3284 #02 單柱墩底 376571 4413 #03 單柱墩底 3775704407 #04 單柱墩底 3725714412 4x35 #05 單柱墩底 280 481 3290 表 9-3 單樁控制截面內(nèi)力最大值（E1 橫向地震

16、輸入） 跨徑 （m） 構(gòu)件 截面 位置 地震軸力 （kN） 地震剪力 （kN） 地震彎矩 （kN.m） #01樁頂531 174380 #02樁頂624179381 #03樁頂635179 359 #04樁頂632182 386 4x35 #05樁頂533174 376 - 8 - 9.1.2 E2 水準(zhǔn)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)水準(zhǔn)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng) 支座地震反應(yīng)如下表： 墩柱及樁基控制截面的地震反應(yīng)計(jì)算結(jié)果匯于表 9-表 9-內(nèi)。 表 9-4 單柱控制截面內(nèi)力最大值（E2 縱向地震輸入） 跨徑 （m） 構(gòu)件截面位置 地震軸力 （kN） 地震縱向 剪力 （kN） 地震縱向彎矩 （kN.m） #01單柱墩底789

17、599288 #02單柱墩底2361296 14421 #03單柱墩底176129514422 #04單柱墩底228 1313 14421 4x35 #05單柱墩底82 965 9224 表 9-5 單柱控制截面內(nèi)力最大值（E2 橫向地震輸入） 跨徑 （m） 構(gòu)件截面位置 地震軸力 （kN） 地震橫向 剪力 （kN） 地震橫向 彎矩 （kN.m） #01單柱墩底8681452 12368 #02單柱墩底1137 1727 10592 #03單柱墩底1139 1725 10615 #04單柱墩底1138 1727 10542 4x35 #05單柱墩底847 1453 12423 表 9-6 單樁

18、控制截面內(nèi)力最大值（E2 橫向地震輸入） 跨徑 （m） 構(gòu)件 截面位 置 地震軸力 （kN） 地震剪力 （kN） 地震彎矩 （kN.m） #01016055281148 #02018895421150 #03018885411149 #04018905421148 4x35 #05016035271148 - 9 - 10 地震響應(yīng)驗(yàn)算 橋梁抗震的目標(biāo)是減輕橋梁工程的地震破壞，保障人民生命財(cái)產(chǎn)的安全， 減少經(jīng)濟(jì)損失。因此，既要使震前用于抗震設(shè)防的經(jīng)濟(jì)投入不超過(guò)我國(guó)當(dāng)前的 經(jīng)濟(jì)能力，又要使地震中經(jīng)過(guò)抗震設(shè)計(jì)的橋梁的破壞程度限制在人們可以承受 的范圍內(nèi)。換言之，需要在經(jīng)濟(jì)與安全之間進(jìn)行合理平衡，這

19、是橋梁抗震設(shè)防 的合理安全度原則。 綜合考慮工程造價(jià)、結(jié)構(gòu)遭遇的地震作用水平、緊急情況下維持交通能力 的必要性以及結(jié)構(gòu)的耐久性和修復(fù)費(fèi)用等因素，來(lái)確定對(duì)應(yīng)地震水平下結(jié)構(gòu)的 抗震性能目標(biāo)。橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)及檢算準(zhǔn)則見(jiàn)表 6-2。 橋墩的初始屈服彎矩為截面最外層鋼筋首次屈服（考慮相應(yīng)軸力）時(shí)對(duì)應(yīng) 的彎矩，當(dāng)?shù)卣鸱磻?yīng)小于初始屈服彎矩時(shí)，整個(gè)截面保持在彈性。而等效屈服 彎矩為根據(jù)截面 M 分析（考慮相應(yīng)軸力），把截面 M曲線(xiàn)等效為雙線(xiàn) 性所得到得等效屈服彎矩，此時(shí)，截面發(fā)生有限損傷，部分鋼筋進(jìn)入屈服，裂 縫寬度可能超過(guò)容許值，但混凝土保護(hù)層還是完好，結(jié)構(gòu)整體反應(yīng)還在彈性范 圍。極限彎矩為截面所能承

20、受的最大彎矩。如圖 10-1、10-2 所示。 圖 10-1 橋墩截面能力計(jì)算示意圖 - 10 - 圖 10-2 樁基截面能力計(jì)算示意圖 將永久作用和地震作用進(jìn)行最不利組合，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范計(jì)算截面強(qiáng)度或采 用纖維單元進(jìn)行 M分析，計(jì)算橋梁各個(gè)控制截面的抗彎能力，從而進(jìn)行抗 震性能驗(yàn)算。 10.1墩身延性驗(yàn)算 由以上計(jì)算可知地震作用在順橋向效應(yīng)最大，因此以順橋向?yàn)榭刂朴?jì)算 表 10-1 墩底截面順橋向抗彎承載能力 位置 恒載軸力 （kN） 開(kāi)裂彎矩 （kNm） 屈服彎矩 （kNm） 極限彎矩 （kNm） 墩底11550 782535148 47987 表 10-2 地震作用下順橋向抗彎承載力驗(yàn)算

21、E1 地震抗彎驗(yàn)算E2 地震抗彎驗(yàn)算恒載 軸力 （kN） 計(jì)算彎矩 （kNm） 開(kāi)裂彎矩 （kNm） 是否 滿(mǎn)足 計(jì)算彎矩 （kNm） 屈服彎矩 （kNm） 極限彎矩 （kNm） 是否 滿(mǎn)足 11550 47707825是144223514847987是 E1 地震下墩底截面計(jì)算彎矩小于開(kāi)裂彎矩，墩底處于彈性狀態(tài)；E2 地震 下墩底截面計(jì)算彎矩大于開(kāi)裂彎矩，小于屈服彎矩，保護(hù)層混凝土已開(kāi)裂。因 此，橋墩墩身滿(mǎn)足地震下受力要求，滿(mǎn)足兩階段設(shè)防水準(zhǔn)要求。 10.2樁基延性驗(yàn)算 表 10-3 樁基截面抗彎承載能力 - 11 - 位置 恒載軸力 （kN） 開(kāi)裂彎矩 （kNm） 屈服彎矩 （kNm） 極

22、限彎矩 （kNm） 墩底2887159425343367 表 10-4 地震作用下樁基截面抗彎承載力驗(yàn)算 E1 地震抗彎驗(yàn)算E2 地震抗彎驗(yàn)算恒載 軸力 （kN） 計(jì)算彎矩 （kNm） 開(kāi)裂彎矩 （kNm） 是否 滿(mǎn)足 計(jì)算彎矩 （kNm） 屈服彎矩 （kNm） 極限彎矩 （kNm） 是否 滿(mǎn)足 2887 3861594 是115025343367是 E1 地震下樁基截面計(jì)算彎矩小于開(kāi)裂彎矩，樁基截面處于彈性狀態(tài)；E2 地震下樁基截面計(jì)算彎矩大于開(kāi)裂彎矩，小于屈服彎矩，保護(hù)層混凝土已開(kāi)裂。 因此，橋墩樁基滿(mǎn)足地震下受力要求，滿(mǎn)足兩階段設(shè)防水準(zhǔn)要求。 10.3支座位移驗(yàn)算 表 10-5 E1 地震下支座位移驗(yàn)算 順橋向位移驗(yàn)算橫橋向位移驗(yàn)算 支座類(lèi)型支座型號(hào) 容許位移 （mm） 最大位移 （mm） 是否滿(mǎn)足 最大位移 (mm) 是否滿(mǎn)足 鉛芯橡膠 隔震支座 J4Q10048是13是 表 10-6 E2 地震下支座位移驗(yàn)算 順橋向位移驗(yàn)算橫橋向位移驗(yàn)算 支座類(lèi)型支座型號(hào) 容許位移 （mm） 最大位移 （mm） 是否滿(mǎn)足 最大位移 (mm) 是否滿(mǎn)足 鉛芯