兩跨連續梁橋抗震設計的一個問題
發布時間：2010-01-14 共1頁
摘要：中間橋墩為獨柱式墩的兩跨連續梁橋，當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，并提出了設計注意的問題和改進措施。
關鍵詞：兩跨連續梁橋；獨柱式墩；扭矩
在公路工程中，預應力T形梁與空心板等結構被廣泛應用于先簡支后連續型連續梁橋中。當上部結構采用這種板式或肋梁式結構時，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的考慮。
但是這種支座布置方案，在應用于兩跨連續梁橋，并且中間橋墩為獨柱式墩時，就可能在抗震上出現不利的受力情況。
1 存在的問題
以某預應力T形梁連續梁橋為例，取其端部的一聯，該聯為兩跨，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。中間墩頂設置板式橡膠支座，橋臺與過渡墩處設置滑板支座。橋址處地震設防烈度為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，扭轉振動上升為第1階振型。
對該橋在順橋向輸入地震，反應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構是對稱的，輸入地震時很難激勵其扭轉振型。對該橋在橫橋向輸入地震，反應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構不是完全對稱，其第1階扭轉振型被激勵，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扭矩。因此，在數值上，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個數量級。
由于鋼筋混凝土構件的抗扭能力一般不強，在如此強大的扭矩作用下，獨柱墩底易發生彎扭破壞。由于墩底與墩頂的扭矩相等，也可能獨柱墩頂外側板式橡膠支座先被剪壞。
JTJ004—89《公路工程抗震設計規范》〔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的規定（第4．2．6、4．2．7條），
這些規定沒有考慮結構的扭轉效應，這在大多數情況下是可以適用的。但在上述情況下，全橋的整體扭轉效應顯著，且主要由獨柱墩的局部扭矩抵抗時，規范給出的計算式是不能完全適用的，應通過空間計算解到這些局部扭轉效應。如果直接套用規范公式，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結，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
的聯結，通過兩側的橋墩和橋臺來抵抗整體扭轉效應，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效應，以減小墩身的局部扭矩。實際設計時，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。由于該聯長度不大，由此產生的溫度效應也是容易調整的。
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，獨柱墩底的反應彎矩增大，但是墩底的扭矩仍然減少很多，在數值上比彎矩要小2個數量級。
3 結論
兩跨連續梁橋，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生較
大扭矩。在設計這種橋梁時，應特別注意驗算獨柱墩的抗扭能力，及獨柱墩頂外側的板式橡膠支座。
為避免結構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，或將中間獨柱墩改為雙柱式墩。
