宁夏永宁黄河桥引桥抗震报告文档格式.docx

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βm

γ

αmax

地面

100年重现期

115

0.10

0.41

2.40

0.9

0.28

2000年重现期

403

0.47

2.45

0.99

图3.1-1给出了水平加速度反应谱图示

图3.1-1E1、E2地震动加速度反应谱

3.2加速度时程

图3.2-1～3.2-6分别列出了地震安评报告提供的阻尼比0.05时E1和E2地震动输入情况下的加速度时程曲线。

图3.2-1水平加速度时程相位1曲线（阻尼比0.05，E1地震输入）

图3.2-2水平加速度时程相位2曲线（阻尼比0.05，E1地震输入）

图3.2-3水平加速度时程相位3曲线（阻尼比0.05，E1地震输入）

图3.2-4水平加速度时程相位1曲线（阻尼比0.05，E2地震输入）

图3.2-5水平加速度时程相位2曲线（阻尼比0.05，E2地震输入）

图3.2-6水平加速度时程相位3曲线（阻尼比0.05，E2地震输入）

4副桥（50.5+6x90+50.5）抗震性能分析

4.1结构动力模型

利用sap2000建立了永宁黄河大桥副桥空间有限元分析模型，见图4.1-1。

其中桥墩、主梁均采用空间梁柱单元进行模拟，承台采用质点进行模拟，二期恒载模拟为分布质量，桩基础采用6×

6子结构刚度模拟桩土相互作用，土弹簧刚度均是通过m法获得；

支座模拟为主从约束。

图4.1-1结构动力分析模型

4.2动力特性

根据建立的动力计算模型，采用子空间迭代法求解桥梁结构动力特性。

成桥阶段前10阶结构自振频率及振型特性如表4.2-1所示，前10阶振型图如4.2-1～4.2-10所示。

表4.2-1动力特性

振型阶数

周期（s）

频率（Hz）

振型描述

1

2.088

0.479

纵向同向振动

2

纵向反向振动

3

1.145

0.687

竖向同向振动

4

竖向反向振动

5

1.321

0.756

6

7

1.051

0.952

8

9

0.696

1.435

横向振动

10

0.664

1.506

图4.2-1第一阶振型

图4.2-2第二阶振型

图4.2-3第三阶振型

图4.2-4第四阶振型

图4.2-5第五阶振型

图4.2-6第六阶振型

图4.2-7第七阶振型

图4.2-8第八阶振型

图4.2-9第九阶振型

图4.2-10第十阶振型

4.3结构抗震体系

由于场地地震动作用较大，同时结构墩身较矮，宜采用减隔震体系进行设计。

减隔震支座采用NDQZ支座，其实质为钢支座与软钢阻尼器的组合体，如图4.3-1所示。

其水平限位方向力学模型如图4.3-2所示，水平活动方向力学模型如图4.3-3所示。

图4.3-1NDQZ支座

图4.3-2限位方向力学模型

图4.3-3水平活动方向力学模型

各中墩均采用NDQZ支座，边墩采用普通双向滑动球钢支座。

同时，为满足长联结构在纵向上的温度变形需要，依次考虑不同的自由滑动间隙，但最大间隙不宜大于±

250mm。

具体布置如表4.3-1所示。

表4.3-1支座布置方案

墩号

支座型号

纵向间隙位移（mm）

32

GPZ-3.5MN-SX

33

NDQZ-30MN-ZX-e200

200

34

NDQZ-30MN-ZX-e100

100

35

36

NDQZ-30MN-GD

37

38

39

40

滑动支座采用双线性关系进行模拟，如图4.3-1所示。

图4.3-1水平活动方向力学模型

4.4地震反应分析

4.4.1E1地震作用下的主要结构响应

根据结构设防性能目标，在E1地震作用下，主梁、墩柱、基础等主体结构均保持弹性，但减隔震支座可以进入到塑性状态，为此，在分析中，采用非线性时程的分析方法，地震输入分别采用纵向输入和横向输入两种方式，每种方式下计算三条时程波，结果取三条时程波的最大响应。

4.4.1.1纵桥向

各墩在纵向地震作用下的最大结构响应均出现在墩底，结果如表4.4-1所示；

表4.4-2给出了各墩位处的承台底最大地震内力响应，根据该内力响应，反算得到最不利单桩的地震响应，见表4.4-3所示；

减隔震支座的地震响应则见表4.4-4，包括最大水平力响应以及最大剪切变形响应。

表4.4-1墩底地震响应

动轴力

（kN）

动剪力

动弯矩

（kN*m）

68.515

461.283

5300.389

197.108

1530.933

18050.967

209.494

1533.523

18766.695

325.874

1549.776

19660.129

61.741

2901.992

34586.988

237.576

1549.002

21235.098

179.846

1553.768

21827.113

189.043

1553.902

22644.793

表4.4-2承台底地震响应

124.922

1229.220

9745.070

183.553

2593.498

21875.972

223.923

2609.051

22532.175

293.314

2640.065

23400.029

63.868

3824.821

45557.353

292.481

2668.015

24788.163

168.639

2668.303

25472.420

181.542

2672.247

26195.734

表4.4-3单桩地震响应

854.8

204.9

356.5

1027

288.2

755.7

1054

289.9

756.4

1094

293.3

761

1927

425

1017

1142

296.4

760.7

1151

296.5

755.8

1177

296.9

751.9

表4.4-4支座响应

顺桥向位移

（m）

70.165

0.049

542.873

0.046

540.045

543.269

0.047

2551.821

0.040

547.247

547.857

553.659

70.131

0.040

4.4.1.2横桥向

各墩墩底在横向地震作用下的最大内力响应见表4.4-5所示，其中，32号墩为框架墩，表中给出的是其中一个立柱的响应，可见除了动弯矩响应以外，还有一定幅度的动轴力响应，其余各墩为单柱墩，主要表现为动弯矩响应，动轴力响应则较小；

表4.4-6给出了各墩位处的承台底最大地震内力响应，根据该内力响应，反算得到最不利单桩的地震响应，见表4.4-7所示；

减隔震支座的地震响应则见表4.4-8，包括最大水平力响应以及最大剪切变形响应。

表4.4-5墩底地震响应

562.451

584.609

3434.018

1.065

2530.750

33631.399

2.054

2668.419

37195.392

3.608

2828.650

39818.839

5.331

2905.991

41795.147

5.717

2912.187

42712.696

4.931

2768.114

42887.017

9.990

2641.643

44294.604

表4.4-6承台底地震响应

1.835

1470.972

17497.291

0.990

3343.352

44302.825

2.229

3567.652

48869.794

3.985

3660.209

52593.172

5.804

3686.393

55665.577

6.411

3725.454

56410.980

5.606

3685.343

55164.461

10.429

3437.373

53651.459

表4.4-7单桩地震响应

1059

245.2

611.6

1733

371.5

853.4

1899

396.4

899.9

2026

406.7

906.5

2125

409.6

894.7

2152

413.9

903.1

2109

409.5

897.7

2036

381.9

822.4

表4.4-8支座响应

横桥向位移

70.151

0.045

2401.435

0.041

2506.789

2528.813

0.052

2530.912

2533.346

0.054

2502.691

0.050

2401.504

0.042

70.157

0.047

4.4.2E2地震作用下的主要结构响应

同样，在E2地震作用下，采用非线性时程的分析方法，地震输入分别采用纵向输入和横向输入两种方式，每种方式下计算三条时程波，结果取三条时程波的最大响应。

4.4.2.1纵桥向

各墩在纵向地震作用下的最大结构响应均出现在墩底，结果如表4.4-9所示；

表4.4-10给出了各墩位处的承台底最大地震内力响应，根据该内力响应，反算得到最不利单桩的地震响应，见表4.4-11所示；

减隔震支座的地震响应则见表4.4-12，包括最大水平力响应以及最大剪切变形响应。

表4.4-9墩底地震响应

195.619

1693.648

18952.160

516.770

5348.245

52442.254

597.023

5472.141

57809.047

659.518

5525.912

60639.809

161.189

5177.576

56456.328

498.286

5574.704

66015.586

462.281

5617.332

68577.102

553.116

5616.433

69989.219

表4.4-10承台底地震响应

395.812

5869.411

49183.275

520.205

9687.285

77390.122

600.206

9312.010

81253.311

662.955

9303.002

84025.545

162.418

9851.688

81709.964

499.897

9317.445

89582.759

463.568

9338.992

92671.258

556.839

9830.455

94763.938

表4.4-11单桩地震响应

4319

978.2

1904

3738

1076

3053

3833

1035

2900

3932

1034

2882

3861

1095

3090

4101

2858

4203

1038

2850

4339

1092

3015

表4.4-12支座响应

69.99

0.20

2700.00

0.19

3032.02

0.18

3033.22

2848.64

3030.36

3026.65

2654.06

69.95

4.4.2.2横桥向

与E1地震作用下的地震响应规律相类似，32号墩除了动弯矩响应以外，还有较大幅度的动轴力响应，其余各墩则主要表现为动弯矩响应，结果见表4.4-13；

表4.4-14给出了各墩位处的承台底最大地震内力响应，根据该内力响应，反算得到最不利单桩的地震响应，见表4.4-15所示；

减隔震支座的地震响应则见表4.4-16，包括最大水平力响应以及最大剪切变形响应。

表4.4-13墩底地震响应

1717.816

1524.261

8923.872

2.447

4424.187

52642.146

5.275

4474.162

56487.327

7.635

4572.315

59150.444

9.910

4613.186

62061.145

10.714

4701.363

63941.901

10.735

4760.705

66265.459

22.919

4756.128

72691.853

表4.4-14承台底地震响应

2.990

5268.467

46515.468

2.359

9059.543

75623.423

4.263

9111.695

79658.142

7.264

9191.712

82470.251

8.664

9319.464

86054.676

10.769

9313.103

88130.458

10.997

9297.916

90215.394

21.862

9342.471

95262.398

表4.4-15单桩地震响应

878.1

2422

3360

1007

2797

3495

1012

2796

3593

1021

2810

3721

2838

3787

2826

3851

1033

4018

2802

表4.4-16支座响应

69.94

2818.79

2834.33

2848.13

2849.76

2848.03

2836.24

2822.71

69.93

4.5抗震性能验算

4.5.1荷载组合与性能验算

在进行结构抗震性能验算时，采用的荷载组合为恒载作用与地震作用的最不利组合，具体如下：

对于轴力的组合，当进行墩底和桩基截面抗弯强度验算时，由于钢筋混凝土结构的抗弯能力在低轴压比条件下总是随截面验算轴力的减小而减小，因此当地震产生的动轴力与恒载轴力方向相反时截面的受力更为不利，此时取动轴力为拉力与恒载轴力组合进行抗弯强度验算。

而当进行单桩承载力验算时，其实质是对单桩的轴向承载力进行验算，地震作用轴力与恒载轴力保持同向时单桩所受的轴力最大也最不利，因此此时取动轴力为压力与恒载轴力组合进行抗弯强度验算。

对于剪力和弯矩的组合，则直接采用恒载作用与地震作用下的绝对值相加则为最不利组合。

对于减隔震支座的变形验算，参照《城市桥梁抗震设计规范》，还考虑50%的均匀温度作用效应。

对两级地震下的强度和变形验算，主要的原则和标准如下：

对于墩柱、桩基等最不利截面抗弯强度的验算，截面抗弯能力取截面的等效屈服弯矩，采用Ucfyber软件对纤维截面模型进行

分析得到（见图4.5-1所示）。

其中，在E1地震作用下，各材料强度的取值均为设计强度；

在E2地震作用下，各材料强度的则取标准强度。

32～39号墩柱墩底截面纤维模型见图4.5-2～4.5-3（暂按1.5%配筋率假设），1.8m桩基的截面纤维模型见图4.5-4。

图4.5-1截面等效屈服弯矩计算示意图

图4.5-232墩底截面纤维模型（1.5%的配筋率）

图4.5-333～39墩底截面纤维模型（1.5%的配筋率）

图4.5-4桩基截面纤维模型

4.5.2E1地震作用下的性能验算

（由于减隔震体系的抗震性能通常由E2地震作用控制，暂未给出）

4.5.3E2地震作用下的性能验算

4.5.3.1纵向输入

表4.5-9列出了墩底截面强度验算结果，其中验算轴力取得是动轴力为拉力时与恒载轴力进行组合，表4.5-10为桩身强度的验算结果，验算轴力的取法与表4.5-9中相同，单桩承载力的验算见表4.5-11，验算轴力取动轴力为压力与恒载轴力进行组合，支座变形验算见表4.5-12。

表4.5-9墩底截面强度

验算轴力

弯矩需求

弯矩能力

能力/需求

6942.597

40340

2.13

57450.472

225674.028

4.30

59226.066

227766.519