混凝土橋梁施工過程延性抗震設(shè)計(jì)

黎志輝　練志娟　徐定超

（揚(yáng)州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇揚(yáng)州　225127）

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混凝土橋梁施工過程延性抗震設(shè)計(jì)

黎志輝練志娟徐定超

（揚(yáng)州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇揚(yáng)州225127）

摘要：從限制條件、概念設(shè)計(jì)、上部結(jié)構(gòu)選擇、橋墩和基礎(chǔ)選擇、延性抗震選擇等方面，對混凝土橋梁施工過程延性抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行論述，提出了加強(qiáng)箍筋設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方法，提高了橋梁延性抗震強(qiáng)度，解決了橋梁施工中延性抗震設(shè)計(jì)的難題。

關(guān)鍵詞：延性抗震設(shè)計(jì)，橋梁，箍筋，延性實(shí)驗(yàn)

0　引言

橋梁，承載著人類祈求溝通的心愿，鼓舞著人們追求跨越的夢想，一座功能明確、造型精美、技術(shù)先進(jìn)的橋梁，建成以后往往成為一個地方的地標(biāo)建筑，橋梁是道路的重要組成部分，是交通工程中的關(guān)鍵性樞紐，在交通發(fā)展中起著非常重要的作用。國內(nèi)外的地震災(zāi)害表明，震區(qū)橋梁的損壞坍塌，不僅阻礙當(dāng)時的救災(zāi)行動，而且影響災(zāi)后的恢復(fù)工作。政府部門對橋梁抗震十分重視。近幾十年來，在都市地區(qū)發(fā)生的地震中，值得注意的是，雖然加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)抗震的性能，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相當(dāng)高，但是橋梁的破壞仍然十分嚴(yán)重。橋梁震后破壞表現(xiàn)出的根本原因源自于不合理的結(jié)構(gòu)抗震體系以及設(shè)計(jì)，細(xì)部結(jié)構(gòu)方面的缺陷；橋梁的延性抗震再一次吸引了大家的眼球。通過課題組同學(xué)對混凝土梁橋的理論和實(shí)驗(yàn)研究，旨在對延性抗震進(jìn)一步了解，為現(xiàn)場施工人員提供參考。

1　橋梁限制條件

受到橋梁功能要求、路線走向以及橋址地質(zhì)條件等因素的制約，橋梁結(jié)構(gòu)體系的選擇受到很大的限制。因此在設(shè)計(jì)的最初階段，就應(yīng)該考慮橋梁抗震的要求，以利于選擇最佳的抗震結(jié)構(gòu)體系。功能的限制，本橋?yàn)槿壒飞系闹行】鐦蛄海嚨罃?shù)設(shè)計(jì)為雙車道，車速為60 km/h，橋?qū)挒?2 m，路線走向?yàn)榇怪彼鞣较颉?/p>

2　橋梁結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)

地震是一種不確定的自然現(xiàn)象，對橋梁結(jié)構(gòu)的破壞也無法準(zhǔn)確的知道。在理論上，本橋梁設(shè)計(jì)地震水平是多遇地震，結(jié)構(gòu)反應(yīng)是彈塑性，設(shè)防目標(biāo)是結(jié)構(gòu)不倒塌。經(jīng)過計(jì)算和實(shí)驗(yàn)?zāi)M，從地震作用計(jì)算，構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)和支座變形驗(yàn)算等方面，抗震性能準(zhǔn)則是嚴(yán)重破壞，經(jīng)臨時加固，可恢復(fù)部分運(yùn)營功能，我們實(shí)驗(yàn)組考慮延性概念設(shè)計(jì)思路，明確橋梁抵抗水平地震作用的墩臺數(shù)是4個，位置在離河岸5 m位置，以橋墩為延性抗震結(jié)構(gòu)，能力保護(hù)構(gòu)件是伸縮縫和基礎(chǔ)。

3　橋梁上部結(jié)構(gòu)類型的選擇

橋梁的總重量主要集中在上部結(jié)構(gòu)，加大了下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)地震力，所以實(shí)驗(yàn)組選擇了箱形界面，同時上部結(jié)構(gòu)與墩臺的連接方式是剛接，橫向和縱向地震反應(yīng)特征相同。上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土，抵抗豎向地震反應(yīng)，同時考慮到裂縫的作用會使預(yù)應(yīng)力混凝土抵抗彎矩能力明顯下降，最后考慮伸縮縫的作用，防止溫度變化過大和混凝土的收縮及徐變產(chǎn)生縱向位移。

4　橋墩類型選擇

橋墩的類型，實(shí)驗(yàn)組選擇了輕型多柱式橋墩。該橋墩目前應(yīng)用廣泛，形式多樣，與基礎(chǔ)固結(jié)，中部的彎矩可以大大小于單柱式橋墩，增加了結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù)，增加了抵抗地震側(cè)向的邊防線。上部結(jié)構(gòu)的位移較小，橋墩中設(shè)置一道橫系梁。

5　基礎(chǔ)類型選擇

擺動擴(kuò)大基礎(chǔ)在較低的水平地震側(cè)向力作用下，基礎(chǔ)將趨向兩側(cè)擺動，墩底不會形成塑性鉸。在基礎(chǔ)下增加一個反力塊，可以避免擺動時基礎(chǔ)發(fā)生塑性變形。

6　橋墩延性選擇

1）橋墩縱向鋼筋的含量不宜太低，也不宜太高，選擇鋼筋含量0. 05，縱筋之間的最大間距取18 cm。2）橋墩橫向箍筋的考慮，橫向箍筋用于約束塑性鉸區(qū)混凝土，提高抗剪能力，防止縱向鋼筋壓屈。3）延性橋墩塑性鉸區(qū)長度AASHTO規(guī)范規(guī)定：max（b/ max，1/6hc，457 mm）。4）鋼筋的錨固與搭接，塑性鉸區(qū)截面內(nèi)鋼筋的錨固和搭接規(guī)定：縱筋搭接接頭只能出現(xiàn)在橋墩中間一般墩高的范圍內(nèi)，縱筋搭接內(nèi)箍筋間距不得大于10 cm。

7　箍筋約束混凝土橋墩的延性

對混凝土橋梁，抗側(cè)力橋墩的延性設(shè)計(jì)成為延性橋梁設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵，其他的截面尺寸通常都很大，不容易設(shè)計(jì)成耗能的構(gòu)件，基礎(chǔ)的重要性和它的難以修復(fù)，通常保守設(shè)計(jì)以防止其損壞，所以橋梁設(shè)計(jì)成延性地抵抗地震作用，選擇橋墩抗震是可行的。混凝土橋梁理論的延性是由橋墩塑性鉸區(qū)的塑性轉(zhuǎn)動能力獲得的，箍筋的約束使混凝土的延性大大提高。

國外關(guān)于鋼筋混凝土柱延性研究結(jié)果：軸向壓力對鋼筋混凝土柱的延性影響很大，當(dāng)軸壓提高時，延性下降。適當(dāng)?shù)卦黾庸拷钆渲茫梢源蠓岣呓孛娴淖冃文芰Γ瑴刈枘崽匦院退苄院哪苣芰Α?/p>

國內(nèi)的研究結(jié)果：縱筋含量對鋼筋混凝土柱式橋墩的延性影響不大，軸壓比比較小時，其變化對柱式橋墩延性的影響不大。

本文進(jìn)行兩個實(shí)驗(yàn)：單調(diào)加載靜力實(shí)驗(yàn)和擬靜力實(shí)驗(yàn)。1）單調(diào)加載靜力實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)描述：模型橋墩在壓力機(jī)的加載下是逐漸緩慢施加的，使實(shí)驗(yàn)過程不產(chǎn)生震動影響，在短時期內(nèi)對實(shí)驗(yàn)對象平穩(wěn)地一次施加荷載，直到實(shí)驗(yàn)對象的破壞。2）擬靜力實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)描述：對結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件施加多次往復(fù)循環(huán)作用的靜力試驗(yàn)，是使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在正反兩個方向重復(fù)加載和卸載的過程，用以模擬地震時結(jié)構(gòu)在往復(fù)震動中的受力特點(diǎn)和變形特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：鋼筋混凝土多柱式橋墩，可以適量降低約束鋼筋用量，在低軸壓比的情況下，鋼筋混凝土柱塑性鉸區(qū)范圍內(nèi)的最低約束箍筋用量由鋼筋細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)定確定。約束箍筋含箍率提高，塑性鉸區(qū)截面核心混凝土的約束程度提高，因此大大提高核心混凝土的極限壓應(yīng)變，盡可能使約束箍筋間距減小，獲得更好的約束效果和延性。

8　結(jié)語

本文對混凝土梁橋的延性抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡單的敘述，重點(diǎn)介紹了延性抗震的優(yōu)勢，指出橋梁延性抗震是可行的，同時在實(shí)際中可以廣泛使用。所有的研究，都需要在實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)室中，工程師和科研人員繼續(xù)努力研究。

參考文獻(xiàn)：

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On ductility seismic design for concrete bridge construction process

Li Zhihui Lian Zhijuan Xu Dingchao
（College of Architectural Science and Engineering，Yangzhou University，Yangzhou 225127，China）

Abstract：Ductility seismic design of concrete bridge construction process is discussed，from the restrictive conditions，the conceptual design，the choice of the upper structure，piers and foundation，ductility seismic choose，the essay puts forward strengthening the stirrup design experiment method，the bridge is raised ductility seismic intensity，and solved the ductility seismic design of bridge construction.

Key words：ductility seismic design，bridge，stirrup，ductility test

中圖分類號：U441. 3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）09-0163-02

收稿日期：2016-01-15

作者簡介：黎志輝（1990-），男，在讀碩士