宁波庆丰大桥地震专题报告

？１．２米钻孔桩 ？１．２米钻孔桩 ？１．５米钻孔桩
５
－３３．００
？１．２米钻孔桩
Ａ０ 锚锭基础 －５２．３０ －６０．００ Ｐ６ －６８．００ Ｐ７ Ｐ８ 立面展开 －６８．００ Ｐ９
高压旋喷桩加固
？１．５米钻孔桩 ？１．２米钻孔桩
１６
高压旋喷桩加固 锚锭基础
？１．２米钻孔桩 ？１．２米钻孔桩 －３３．００ Ａ１３
抗震专题研究
主塔
主
塔
Ａ
Ａ
－３．００ Ｃ２５封底 ？１．５ｍ 钻孔灌注桩 －６８．００
－３．００ Ｃ２５封底 ？１．５ｍ 钻孔灌注桩 －６８．００
主墩基础１／２立面 １：２００ Ｂ
Ｂ－－Ｂ
１：２００
桥 梁 轴 线
Ａ－－Ａ １：２００ （封底未示）
Ｂ
图 1.4
主塔基础布置图
在第二次的宁波市甬江庆丰桥抗震研究中，首先，用反应谱理论进行计算分析，给 出主要节点位移、控制截面内力和基础单桩受力；其次，用线性时程分析法对结构进行 详细的计算分析，并和反应谱理论计算的结果进行分析比较，并选定偏于保守的计算结 果，进行验算。
庆丰大桥采用二级设防，即设计地震水平和罕遇地震水平。宁波工程勘察院《宁波 市通途路庆丰桥岩土勘察中间资料》提供：工程场地地震动峰值加速度为 ０．０５ 区内， 反应谱特征周期为 ０．６５ｓ，工程场地类别为Ⅳ类，场地类型为软弱场地土。从结构抗震 角度，工程场地为 ６ 度地震基本烈度区，按 ７ 度抗震设防。根据《勘察中间资料》 ，地 震动加速度峰值，设计地震水平取 ０．１ｇ、罕遇地震水平取 ０．２２ｇ。竖向地震峰值加速度 取为相应的水平向峰值加速度的 3 。
４１０００／２
１．５％
横隔板Ｇ１处断面
４１０００／２ ６００／２ ６００×２６
１．５％
桥 梁 中 心 线
１５３６
１．０％
６
１２８５
８×４００
１．０％
１１５
纵腹板（锚箱）
７５０ ３６５ １５１１５
图 1.3
主桥标准主梁截面图
抗震专题研究
９１
１４×１０００
２０
6
走道板
走道板 纵腹板
５３８５
宁波庆丰大桥
2
1.2 甬江庆丰悬索桥工程概况介绍
通途路庆丰桥位于宁波市江北区与江东区之间的甬江上，三江口下游约 ４ 公里处， 江面宽约 ２８０ 米，设计方案为单跨地锚式悬索桥。庆丰桥第二次设计阶段，主桥主梁为 带 Ｕ 型加筋肋的钢箱梁，主跨 ２８０ 米，两边跨 ４１ｍ，锚锭基础中心与主塔中心间距 ９３ｍ， 桥全长 ７３４ｍ，主跨布置 １０８ 根吊索，吊索间距 ９．８ｍ。桥塔为门式塔型，塔身高 ６０ｍ，塔 柱中心距 ３３．５ｍ，索鞍座底标高 ５３．０９６ｍ，塔底标高 ２．０ｍ，塔身截面以箱型为主。基础 为群桩基础，冲刷线在承台下 ６ 米，引桥为多跨预应力混凝土连续箱梁。为了表现悬索
１／２侧剖面
图 1.1
桥塔立面布置
4
Ｔ＝６３．８２ Ｒ＝４０００ Ｅ＝－０．５１ Ｋ１＋５８０．４８８ Ｔ＝１１８．８９６
７３８．０８ １３４ １２．６ ４１ ５２ ４１ ２８０ ２６Ｘ９．８＝２５４．８ ６２ ２Ｘ３１ １３４ ５２ ４１ １２．６
Ｒ＝２９００ Ｅ＝２．４３６
Ｔ＝５５．６６ Ｅ＝－０．５２ Ｒ＝３０００
1
宁波庆丰大桥
抗震专题研究
1.1 甬江庆丰悬索桥抗震设防标准研究
确定桥梁工程的抗震设防标准，实际上就是选择桥址场地地震作用概率水平。这是 一项经济性和政策性很强的工作。 桥梁抗震的目标是减轻桥梁工程的地震破坏，保障人民生命财产的安全，减少经济 损失。因此，既要使震前用于抗震设防的经济投入不超过我国当前的经济能力，又要使 地震中经过抗震设计的桥梁的破坏程度限制在人们可以承受的范围内。换言之，需要在 经济与安全之间进行合理平衡，这是桥梁抗震设防的合理安全度原则。 随着国内外震害资料的不断增加， 人们对地震动特性以及地震作用下各类结构的动 力响应特性、破坏机理、构件能力的研究和认识也不断加深。而另一方面，由于经济的 原因， 社会、 团体组织对结构在不同水准地震作用下结构预期抗震性能会有不同的要求。 这些因素，不断地促进抗震设计思想和方法的发展，由原来的单一设防水准一阶段设计 逐渐发展为双水准或三水准设防两阶段设计、三阶段设计，以及多水准设防、多性能目 标准则的基于性能的抗震设计等。 在由范立础教授主编的《城市桥梁抗震设计规范》（征求意见稿）中，根据桥梁在交 通网络上位置的重要性以及承担交通量的多寡，将桥梁分为甲 Ａ、甲 Ｂ、乙、丙四类。 其中，甲 Ａ 类指大跨度桥梁，取基准期为 １００ 年，采用二级设防，即偶遇地震和罕遇地 震的概率水准分别为采用 １００ 年超越概率 １０％（相当于重现期 ９５０ 年）和 １００ 年超越概率 ２％（相当于重现期 ４９５０ 年）。在 （征求意见稿） 中还规定： “根据桥梁使用功能重要性和 投资条件， 如跨海大桥等重大桥梁工程可专门确定更高的三级抗震设防水准或专门指定 特大跨径桥梁或重大交通网络工程的抗震设计指南。由国家规定的权限审批” 。 表 １．１ 列出了国内已建的一些大跨度桥梁的抗震设防标准， 这些桥梁均采用两水平 抗震设计方法，设防标准多为：Ｐ１：５０ 年 １０％，检算强度；Ｐ２：５０ 年 ２￣３％，检算位 移或变形。这些桥梁的抗震性能分析表明，国内大跨度桥梁在 ５０ 年超越概率 ２％的地震 作用下，桥塔都没有进入非线性工作状态。 庆丰大桥是宁波交通网络上的枢纽工程，在政治、经济和国防上具有重要意义，在 抗震救灾中也将起着非常重要的作用。随着我国经济实力的增强，人们对特大工程的抗 震安全性也有了更高的要求。因此，根据各部分桥梁的重要性，地震破坏后桥梁结构的 修复（抢修）的难易程度，以及目前抗震设计方法的发展水平，建议采用两水平的抗震 设计方法对庆丰大桥进行抗震研究。
２．０４
宁波庆丰大桥
２．０４
１２４ ４Ｘ３１
４１
６２．００ ５４．９８１ Ｋ１＋３２７．０００
３５
Ｋ１＋１６２．０００ Ｋ１＋１９３．０００ Ｋ１＋２２４．０００ Ｋ１＋２５５．０００ Ｋ１＋２８６．０００ Ｋ１＋５６０．０００ １６．９８１ １２．３１４ １１．８２２ ４．７％ ９．３７８ ２．２６０
3
宁波庆丰大桥
抗震专题研究
桥流畅的曲线主旋律，节奏优美的总体造型，建筑处理的中重点放在悬索桥的形态特征 上，见图 １．１～１．４。
６２．０００ ２００Ｘ２００ Ｂ Ａ ５３．２６０ 人孔：２０００ｘ６００ （索鞍座底） ５３．０９６ ４００Ｘ４００ ２５０Ｘ２５０ ２０００Ｘ３００ ２０００Ｘ３００ Ｂ （理论主缆交点） ５４．９８１
４．５
３１．８ ０９°
Ｋ１＋３７９．０００ Ｋ１＋３９８．３０９ 伸缩缝 １３．７４９
Ｋ１＋７４１．０００
Ｋ１＋８３４．０００ Ｋ１＋８６５．０００ Ｋ１＋７９３．０００ Ｋ１＋８１３．４３５ Ｋ１＋８９６．０００
人民路 伸缩缝１３．７４９ 下白沙路
５
３２°
江东北路 ５．９９５ 伸缩缝 ４．７２８ ？１．０米钻孔桩
宁波庆丰大桥
抗震专题研究
1. 概述
最近的二十余年，全球发生了许多次大地震，其中多次破坏性地震都集中在城市， 造成了非常惨重的生命财产损失，如 １９７１ 年美国 Ｓａｎ Ｆｅｒｎａｎｄｏ 地震（Ｍ６．６），１９７６ 年中 国唐山大地震（Ｍ７．８），１９８９ 年美国 Ｌｏｍａ Ｐｒｉｅｔａ 地震（Ｍ７．０），１９９４ 年美国 Ｎｏｒｔｈｒｉｄｇｅ 地震（Ｍ６．７）以及 １９９５ 年日本阪神大地震（Ｍ７．２）导致的城市经济总损失（以当时的币值为 准）分别为：１０ 亿美元，１００ 亿人民币，７０ 亿美元，２００ 亿美元，１０００ 亿美元。这几次 地震灾害的共同特点是：由于桥梁工程遭到严重破坏，切断了震区交通生命线，造成救 灾工作的巨大困难，使次生灾害加重，导致了巨大的经济损失。随着现代化城市人口的 大量聚集和经济的高速发展，对交通线的依赖性越来越强，而一旦地震使交通线遭到破 坏，可能导致的生命财产以及间接经济损失也将会越来越巨大。几次大地震一再显示了 桥梁工程破坏的严重后果，也一再显示了桥梁工程抗震研究的重要性。 我国是一个多地震的国家，自唐山地震以来，抗震防灾工作正日益受到重视。随着 我国经济实力的增强和交通发展的需要，近年来在上海、广东、福建、江苏等省市建造 了不少跨越大江、大河及海湾的长、大跨度桥梁。在这些特大型工程纷纷上马的同时， 地震灾害也在我国频频发生。据专家们预测，我国正面临一个新的地震活跃期。尽管到 目前为止，大跨度桥梁因地震而毁坏的情况并不多见，但是鉴于它们在经济、交通等方 面占据的特殊重要地位，以及 ２０ 世纪国内外出现的几次惨重的地震灾害的教训，对这 些重大工程进行抗震设防是十分必要的。 另一方面，目前国内外现有的绝大多数桥梁工程抗震设计规范只适应于中等跨度的 普通桥梁，超过适用范围的大跨度桥梁的抗震设计，则无规范可循。我国公路工程抗震 设计规范只适用于主跨不超过 １５０ｍ 的梁桥和拱桥；我国铁路工程抗震设计规范虽没有 说明跨度范围，但说明“对特殊抗震要求的建筑物和新型结构应进行专门研究设计” 。 宁波市通途路庆丰桥工程是一个大型的桥梁工程， 投资较大， 而且在政治经济上具 有重要的地位，一旦在地震中遭到破坏，可能导致的生命财产以及间接经济损失将会巨 大。因此，进行正确的抗震研究，确保其抗震安全性具有非常重要的意义。同济大学土 木工程防灾国家重点实验室对宁波市甬江庆丰悬索桥进行了抗震专题研究。
９
－６０．００ Ｐ１
－６０．００ Ｐ２ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
－６０．００ Ｐ３
－６０．００ Ｐ４
－５２．３０ －６０．００
－６０．００ Ｐ１１ Ｐ１２
－６０．００
锚锭中心线 Ｋ１＋３２７．７７０
１９
Ｋ１＋４２０．０００ Ｋ１＋７００．０００
２．７５ ２
锚锭中心线 Ｋ１＋７９２．２３０
０．５
２７．５５
伸缩缝 ＳＦＰ－８０ 平 面
7
宁波庆丰大桥
抗震专题研究
2. 地震动输入
根据宁波工程勘察院《宁波市通途路庆丰桥岩土工程勘察中间资料》提供：工程场 地地震动峰值加速度为 ０．０５ｇ 区内，反应谱特征周期为 ０．６５ｓ，工程场地类别为Ⅳ类， 场地类型为软弱场地土。从结构抗震角度，工程场地为 ６ 度地震基本烈度区，按 ７ 度抗 震设防。 在抗震分析中选用两种地震动水平，设计地震水平和罕遇地震水平。地震动加速度 峰值，设计地震水平取 ０．１ｇ、罕遇地震水平取 ０．２２ｇ。竖向地震峰值加速度取为相应的 水平向峰值加速度的 ２／３。
５．７
5
４１ ３３．５ ３１．５ ２ ２．７５
水 水
水 水
３１．５
３２．５
伸缩缝 ＳＦＰ－８０ 伸缩缝 ＳＦＰ－１６０ 滨 江 路
伸缩缝 ＳＦＰ－８０
０．５
９．２
伸缩缝 ＳＦＰ－８０ 楼梯
下 白 沙 路 伸缩缝 ＳＦＰ－１６０
图 1.2
全桥总体布置图
抗震专题研究
宁波庆丰大桥
横隔板Ｇ２（Ｇ３）处断面
伸缩缝 ４．８３６ ２．２６０ 年平均潮位０．５５ 最高通航水位２．２３０
４５°
５．８０４ 通航净空净高１０米，净宽１４０米 ３００年一遇潮位３．８３０
６．８８９
３．５％ ９．０５９ 伸缩缝 ７．９７４
１０．４９４
Ｐ５
伸缩缝 ７．４５１ １．５００ 滨江路 Ｐ１０
１７．０９７
？１．０米钻孔桩
９．９３２ ５
２００Ｘ２００ ６２．０００
（索鞍座底） ５３．０９６ ２５０Ｘ２５０
Ａ
Ｃ
Ｃ ４００Ｘ４００
４００Ｘ４００ Ｒ３００
Ｒ１４３２２８ Ｒ１４２０２８ Ｄ Ｄ Ｅ Ｅ
１３．４００ Ｒ７００ １０．２００ Ｒ３７６０ ４００Ｘ４００ Ｒ３７６０ Ｇ
２．０００
Ｇ
Ｆ
Ｒ２０００
Ｆ
１／２正立面
１／２正剖面
１／２侧立面
2
宁波庆丰大桥
抗震专题研究
表 1.1
工程名称 杨浦大桥 南浦大桥 徐浦大桥 广东海湾二桥 广东虎门大桥 广东南澳大桥 江阴长江公路大桥 南京长江二桥 润扬长江公路大桥
国内大跨度桥梁的抗震设防标准
抗震设计方法 两水平 两水平 两水平 两水平 两水平 两水平 两水平 两水平 两水平 设防标准 Ｐ１：５０年１０％，检算强度 Ｐ２：１００年１０％，检算位移或变形 Ｐ１：５０年１０％，检算强度 Ｐ２：１００年１０％，检算位移或变形 Ｐ１：５０年１０％，检算强度 Ｐ２：５０年３％，检算位移或变形 Ｐ１：５０年１０％，检算强度 Ｐ２：５０年２％，检算位移或变形 Ｐ１：５０年１０％，检算强度 Ｐ２：５０年３％，检算位移或变形 Ｐ１：５０年１０％，检算强度 Ｐ２：５０年２％，检算位移或变形 Ｐ１：５０年１０％，检算强度 Ｐ２：５０年３％，检算位移或变形 Ｐ１：５０年１０％，检算强度 Ｐ２：５０年３％，检算位移或变形 Ｐ１：５０年１０％，检算强度 Ｐ２：５０年２％，检算位移或变形