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1、日本混凝土橋墩的抗震補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)與加固方法:簡(jiǎn)要介紹日本鋼筋混凝土橋墩抗震補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)流程方法和補(bǔ)強(qiáng)加固方法,并對(duì)補(bǔ)強(qiáng)加固方法特點(diǎn)做了歸納總結(jié)。最后對(duì)我國(guó)現(xiàn)有的橋梁進(jìn)行抗震補(bǔ)強(qiáng)的重要性進(jìn)行了闡述?! £P(guān)鍵詞:日本;混凝土橋墩;抗震補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì);補(bǔ)強(qiáng)加固方法 地震因其發(fā)生的突然性和巨大破壞力被列為各種自然災(zāi)害之首。橋梁作為抗震救災(zāi)生命線之一的公路的咽喉要道,在保障公路通暢中起著至關(guān)重要的作用。日本是地震頻發(fā)的國(guó)家,從1995年兵庫(kù)縣南部大地震受災(zāi)以來(lái),日本于1996,2002年兩次對(duì)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行了大幅度修改和完善,提高橋梁的抗震性
2、能。同時(shí)根據(jù)新的設(shè)計(jì)要求,對(duì)未受地震毀害的既有橋梁也制定抗震設(shè)計(jì)方法和加固補(bǔ)強(qiáng)方法。按此方法對(duì)日本既有橋梁展開(kāi)抗震性能診斷并對(duì)危險(xiǎn)橋梁采取了加固補(bǔ)強(qiáng)措施。 1、設(shè)計(jì)流程 首先進(jìn)行設(shè)計(jì)前準(zhǔn)備工作。包括收集設(shè)計(jì)計(jì)算書,竣工圖等相關(guān)資料以及橋梁補(bǔ)強(qiáng)維修等記錄報(bào)告,進(jìn)行實(shí)地勘察,確定實(shí)地的施工等制約條件,根據(jù)現(xiàn)有資料整理設(shè)計(jì)條件。之后按照既有橋墩的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)流程圖(圖1)進(jìn)行設(shè)計(jì). 2、既有橋墩現(xiàn)況驗(yàn)算 根據(jù)耐震性能的要求,對(duì)既有橋墩采用地震時(shí)保有水平耐力法進(jìn)行驗(yàn)算。地震時(shí)保有水平耐力法是考慮構(gòu)造物塑性域的水平耐力和變形性能,按
3、照能量一定準(zhǔn)則推算出等效的彈性強(qiáng)度的靜力計(jì)算方法。 2.1設(shè)計(jì)地震加速度 既有橋墩的驗(yàn)算時(shí),不使用概率較大強(qiáng)度的level1地震,而使用概率較小的大強(qiáng)度level2地震。其中l(wèi)evel2地震又分成兩類:板塊邊界型TypeⅠ地震(如1923年關(guān)東大地震);內(nèi)陸直下型TypeⅡ地震(如阪神地震)。 2.2橋墩耐力 受彎水平耐力在上部構(gòu)造慣性力作用位置加載水平力,考慮箍筋橫拘束效果的混凝土和鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線關(guān)系,計(jì)算出受彎引起的開(kāi)裂,初降伏,終局時(shí)的彎矩和曲率,推算出水平耐力以及相對(duì)應(yīng)的水平位移。開(kāi)裂是受彎側(cè)混凝土斷面最外
4、側(cè)達(dá)到混凝土抗彎強(qiáng)度時(shí)。初降伏是受彎側(cè)混凝土斷面最外側(cè)鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)。終局時(shí)是受壓側(cè)最外側(cè)鋼筋位置的混凝土達(dá)到混凝土抗壓極限強(qiáng)度時(shí)。橋墩剪切耐力是考慮到諸方面的影響因素由混凝土和鋼筋剪切耐力共同承擔(dān)?! ?.3破壞型態(tài)的判定 2.3.1段落部破壞的判定 段落部是指橋墩的基部到墩帽之間主筋量發(fā)生變化的位置。按照以下公式判定。 (MTy0/ht)/(MBy0/hb)<1.2時(shí):段落部破壞 (MTy0/ht)/(MBy0/hb)≧1.2時(shí):基部破壞 式中,MTy0:段落部斷面的初降伏彎矩 ht:段落部斷面到上部構(gòu)造慣
5、性力作用位置的高度 MBy0:橋墩基部斷面橋墩初降伏彎矩 hb:橋墩基部斷面到上部構(gòu)造慣性力作用位置的高度 2.3.2基部破壞的判定與地震保有水平耐力 由2.2計(jì)算得到橋墩終局時(shí)水平耐力與剪切耐力按照以下公式比較判定破壞型態(tài)?! ?1)Pu≦Ps彎曲破壞型:Pa=Pu(且Pc<Pu) (2)Ps<Pu≦Ps0受彎到剪切破壞的漸變型:Pa=Pu (3)Ps0<Pu剪切破壞型:Pa=Ps0 式中,Pa:地震保有水平耐力;Pu:終局時(shí)水平耐力; Pc:開(kāi)裂時(shí)的水平耐力;Ps:剪切耐力;Ps0:地震正負(fù)交互影響相關(guān)輔正
6、系數(shù)Cc=1.0時(shí)的橋墩的剪切耐力 2.4安全性的判定 橋墩安全性按照以下公式的要求進(jìn)行判定?! ?1)Pa≧khc•W (2)δR≦δRa 式中,W:橋墩等價(jià)重量W=Wu(yù)+Cp•Wp ?。譽(yù):橋墩支持上部構(gòu)造重量 Cp:等價(jià)重量算出系數(shù)(彎曲破壞型或受彎到剪切破壞的漸變型:Cp=0.5;剪切破壞型:Cp=1.0) ?。譸:橋墩軀體重量 δR:橋墩殘留變位δR=CR(μr-1)(1-r)δy CR:殘留變位輔正系數(shù)(鋼筋混凝土橋墩CR=0.6) r:橋墩降伏剛性與降伏后2次剛性比(鋼筋混
7、凝土橋墩r=0) δy:橋墩降伏變位 μr:橋墩應(yīng)答塑性率μr=1/2{(Khc•W/Pa)²+1} δRa:橋墩殘留變位的容許值(橋墩基部到上部構(gòu)造慣性力作用位置的高度1/100) 3、補(bǔ)強(qiáng)方法的選定 根據(jù)橋墩現(xiàn)況驗(yàn)算結(jié)果,和對(duì)經(jīng)濟(jì)性,施工性和外界制約等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),最終選定一種補(bǔ)強(qiáng)方法。最主要有以下3種補(bǔ)強(qiáng)方法。 3.1鋼筋混凝土補(bǔ)強(qiáng) 在既有橋墩的外側(cè)配置主筋和箍筋后澆注混凝土。一般混凝土厚度250mm~500mm。在承臺(tái)中嵌入錨固鋼筋大幅度提高橋墩受彎耐力。增加箍筋的鋼筋徑提高橋墩剪切
8、耐力。增加橫向箍筋的體積比提高橋墩整體延性。施工造價(jià)比較低,實(shí)際工程案例多。 3.2鋼板補(bǔ)強(qiáng) 在既有橋墩的外側(cè)包裹鋼板,在鋼板和混凝土之間加水泥砂漿或樹(shù)脂等填充材粘結(jié)密實(shí)。一般厚度在30mm以下。在承臺(tái)上嵌入錨固鋼筋提高橋墩受彎耐力。增加鋼板厚度提高橋墩剪切耐力和整體延性