1. 概述
新建石家莊至太原客運專線工程，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為客運專線( 近期兼顧貨運) 近期客車運行速度200km/h，貨車120km/h；遠(yuǎn)期最高客車運行速度200km/h以上。本文通過《 鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》( GBJ11l 87) ( 簡稱{ 87震規(guī)，以下同) 與《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》( 報批稿) ( 簡稱《 新震規(guī)》，以下同) 的理論計算 公式比較、分析，以及采用計算軟件和計算方法的驗證 和選取，介紹石太客運專線橋梁抗震計算 。
2.石太線場地情況簡介
石太線沿線地質(zhì)情況復(fù)雜，主要為新黃土、膨脹土。新黃土柱狀節(jié)理發(fā)育，大孔隙，具濕陷性。全線地震動峰值加速度值a=0.1g～0.20g，橋梁大多位于a=0.15g～0.20g震區(qū)。沿線橋梁場地類別主要為Ⅱ類，靠近太原市為Ⅲ 類場地；地震動反應(yīng)譜特征分區(qū)主要為二區(qū)、一區(qū)。
3. 橋梁墩臺及基礎(chǔ)情況
全線橋墩采用雙線圓端形實體橋墩、雙線圓端形空心墩。橋臺多為雙線一字形橋臺；對于高填方地段，結(jié)合地質(zhì)條件，一般采用雙線Ⅱ形橋臺。全線基礎(chǔ)形式有明挖、樁基、挖井基礎(chǔ)。其中樁基占90％以上，樁徑根據(jù)墩高、跨度及地質(zhì)情況分為1.25、1.5m兩種。
4.《87震規(guī)》與《新震規(guī)》對照比較
4.1抗震計算軟件的驗證
(1)計算軟件選取
為了驗證有限元分析軟件MIDAS計算成果的可靠性，本次檢算中特選取了一些橋梁，將該軟件與ANSYS軟件計算的結(jié)果進(jìn)行驗證比較。以花溝村1號中橋3～32m連續(xù)梁為例，分別采用MIDAS和ANSYS兩個有限元程序建立全橋模型(圖1)，制動墩計算結(jié)果列于表1、表2。
通過以上驗證，可以看出：MIDAS與ANSYS的計算結(jié)果相差在5％以內(nèi)，本次抗震計算均采用MIDAS進(jìn)行分析計算。
(2)軟件計算結(jié)果驗證
以墩高日=12m，墩全高14．5m，墩頂截面為2。2mx6m的圓端形實體墩為例，墩底固結(jié)，建立單墩模型(圖2)，采用MIDAS軟件加載{87震規(guī)》反應(yīng)譜曲線，同時按(87震規(guī)》附錄四公式手算橋墩的墩底截面內(nèi)力，其計算結(jié)果對比見表3。
通過以上驗證，可以看出采用MIDAS進(jìn)行抗震計算具有較高的準(zhǔn)確性。
4.2計算方法
(1)對于簡支梁橋，跨度小于或等于40m，墩高H≤40m的橋墩，采用簡化公式計算墩頂?shù)卣鸺袅Α澗?，同時采用有限元分析軟件MIDAS建立單墩力學(xué)模型進(jìn)行抗震計算以核對兩種計算成果，合理取值；
(2)跨度大于或等于40m、墩高>40m的橋墩，采用有限元分析軟件MIDAS計算。
4.3《87震規(guī)》與《新震規(guī)》理論計算比較
《87震規(guī)》與《新震規(guī)》采用計算模型一致(圖3)。計算地震力時，必須將橋墩基礎(chǔ)與地基土的連接方式模擬成彈簧，以柔度系數(shù)&11及&22反映( 樁基設(shè)計時&11及&22是依據(jù)樁基布置反求得出)。
《87震規(guī)》計算公式
·
《新震規(guī)》計算公式
從《87震規(guī)》與《新震規(guī)》所采用的水平地震力、力矩計算公式可以看出，《新震規(guī)》采用的水平地震基本加速度替代了(87震規(guī)》公式中的
。
地震反應(yīng)譜曲線(87震規(guī)》公式中第一振型動力系數(shù)β
1，與結(jié)構(gòu)自振周期及場地類別有關(guān)?！缎抡鹨?guī)》中第一振型動力系數(shù)β
1與結(jié)構(gòu)自振周期、場地類別和地震動參數(shù)區(qū)劃確定的地震動反應(yīng)譜特征周期有關(guān)。當(dāng)結(jié)構(gòu)自振周期在0.4～1.5s，《新震規(guī)》動力放大系數(shù)較《87震規(guī)》增大1.33倍。
《87震規(guī)》公式中剪力振型遇合系數(shù)c，與場地類別及橋墩高度有關(guān)。《新震規(guī)》中剪力振型遇合系數(shù)c，與地震動參數(shù)區(qū)劃確定的地震動反應(yīng)譜特征周期有關(guān)。
《新震規(guī)》中對場地類別劃分比《87震規(guī)》更加細(xì)致，同時細(xì)化了地震反應(yīng)譜特征周期分區(qū)。按8度震區(qū)Ⅱ類場地土，選取反應(yīng)譜(動力放大系數(shù))曲線。
《87震規(guī)》計算所采用的反應(yīng)譜曲線如圖4所示。
《新震規(guī)》反應(yīng)譜曲線如圖5所示。
4.4石太線計算結(jié)果比較
選取部分工點根據(jù)具體地質(zhì)情況按實體橋墩和空心橋墩分震區(qū)計算結(jié)果見表4。
(1)圓端形實體橋墩
對圓端形實體橋墩，地震力采用《新震規(guī)》與采用《87震規(guī)》有較大的變化，地震力有很大幅度的增加。計算結(jié)果表明：7度震區(qū)口α=0.15g的橋墩，縱橫向地震剪力、彎矩普遍增加1.134～2 .22倍。8度震區(qū)α=0.2g的橋墩，縱橫向地震剪力、彎矩普遍增加1.63～ 2.33倍。
(2)圓端形空心橋墩
墩高H≤40m的橋墩，《新震規(guī)》較《87震規(guī)》縱橫向地震剪力、彎矩普遍增加2倍左右。隨著墩高的增加，《新震規(guī)》與《87震規(guī)》的地震力比值越小，至墩高60m左右時基本變化至1.1左右(對于高墩，內(nèi)力未考慮重要系數(shù) ) 。
5 .抗震措施
對于圓端形實體橋墩，由于采用《新震規(guī)》后地震力的大幅增加，橋墩身截面的混凝土應(yīng)力及偏心超出原設(shè)計的控制范圍。根據(jù)計算結(jié)果采取增加墩身鋼筋以及部分實體橋墩改為空心墩等設(shè)計措施，重新進(jìn)行檢算，滿足抗震設(shè)計要求；對于空心橋墩，墩高在20m左右，墩身為直坡的空心橋墩，若按素混凝土截面設(shè)計，則截面偏心不能滿足規(guī)范要求；若按鋼筋混凝土截面進(jìn)行配筋檢算，則采用原設(shè)計的墩身護(hù)面鋼筋數(shù)量及布置形式基本上能夠滿足規(guī)范，不需要再加強墩身配筋，對于少數(shù)控制設(shè)計的直坡墩形改為斜坡墩形。對于墩高H>20m的空心墩，一般采用斜坡式墩身，其由墩身自重引起的地震水平力增長比較慢，而墩頂以上梁重、二期恒載以及活載產(chǎn)生的水平地震力基本不變，截面縱、橫向尺寸放大的比較快，因此墩高越高，地震荷載越不控制設(shè)計。經(jīng)過對墩高H>20m的空心墩，逐個工點進(jìn)行檢算，得出結(jié)論：按原設(shè)計墩身采用護(hù)面鋼筋便能夠滿足抗震設(shè)計要求；對于基礎(chǔ)，根據(jù)由于地震力的增大，基礎(chǔ)設(shè)計基本受地震力工況控制。
6.結(jié)語
石太客運專線橋梁抗震設(shè)計進(jìn)行了大量的計算方法驗證、新舊規(guī)范的計算比較等工作，本論文對本線抗震設(shè)計進(jìn)行了總結(jié)，為以后客運專線的橋梁抗震設(shè)計提供可參考數(shù)據(jù)。
