浅析预制装配式桥梁抗震设计及抗震措施.pdf

桥工程
Sridge Engireering
浅析预制装配式桥梁抗震设计及抗震措施
苏波,陈占力
(中交公路规划设计院有限公司,北京10008)
摘要:针对震灾引起的预制装配式桥梁的常见典型破坏实例,结合JTC/TB02-01~-2008《公路桥梁抗震设计细则》,介
绍了桥梁各构件的抗震设计分析及可采取的有效抗震措施,为桥梁抗震设计提供参考。
关键词:桥粱;装配式;抗震设计;抗震措施
中图分类号:U442.55
文献标志码:B
文章编号:1009-7767(2012)03-0065-03
Analysis on Seismic Design and Measures of Prefabricated Bridge
Bo、 Chen Zhanli
概述
2.1桥墩
国家防震减灾规划(20062020年)指出,我国是
桥跨宜采用等跨布置,根据地形等情况选择适当
世界上地震活动最强烈和地震灾害最严重的国家之的联长,每联中桥墩刚度宜较为接近;墩台尽量避免
一。我国大陆大部分地区位于地震烈度Ⅵ度以上区域;设计成带孔的,尽量避免有突变部分,以少应力集
50%的国土面积位于Ⅷ度以上的地震高烈度区域。地中。地震产生的水平荷载由各个墩台共同承担,以免固
震灾害对人民的生命及财产安全造成严重的影响,同定支座桥墩受力过大。
时导致交通、电力、通信等基础设施大面积瘫痪。在抗
墩柱设计是抗震设计的重中之重,一则因为它是
震救灾中,公路交通运输是抢救人民财产和尽快恢复关键性的抗震单元,对安全影响重大;再则由于能力保
生产、重建家园的重要环节。
护原则的要求,基础和盖梁的强度需求来自墩柱强度。
桥梁是公路工程的关键部位及控制性工程。在我因此,从经济性考虑希望严格控制墩柱强度不要过高。
国各级公路桥梁中,预制装配式桥梁(指空心板、T梁
震后常见桥墩破坏形式如图1所示。
及组合箱梁)通常占全线桥梁的70%以上,因此,运
用合理抗巖设防理念,对装配式桥梁进行抗震设计,采
取适当的抗震施具有重要的意义。
2结构构件抗震设计及抗震措施
预制装配式桥梁的震害主要发生在下部结构(包
括侨墩、柝台、基础、支座和支挡结构),上部结构的震
害(如移位、落梁等)也源于下部结构,所以,此类桥梁
a)敷底混凝土压溃b)墩底剪切破坏
c)墩顶剪切破坏
抗震设计主要是针对下部结构。
图1震后常见桥墩破坏形式
抗震单元是指抵抗地震力或适应地震位移的关
键部位,抗震体系是指由抗震单元参与的全桥抵抗地
墩杜设计的第1个问题是正截面强度,与此相关
震力或适应地震位移的整个结构形式。抗震设计采用的主要是纵筋布置。按JTG/TBO2-01-2008《公路桥梁
的主要抗震单元为墩柱塑性铰,抗震体系是纵、横向抗震设计细则》(以下简称《细则》)要求,要保证E1地
均依赖于墩柱塑性铰变形能力的体系,而桥台在纵、横震作用(第1级设防水准)下墩柱不受损坏,需使其正
向均不作为抵抗梁体地震惯性力的构件。
截面强度超过EL下的内力叫。因此,需要适当设计构
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万方数据
桥染工程
Bridge Engineering
件尺寸和纵向配筋
可在很大程度上保证中、小长度桥梁的抗震性能,但桥
墩柱设计的第2个问题是塑性铰延性,与此相关台本身强度验算应引起重视。
的主要是箍筋配置。关于柱的箍筋配置,《细则》提出了2.3基础
较高的要求,即:在满足8.1.2条和8.1.3条最小体积含
基础常见震害为桩顶发生显著位移、桩顶截面出
箍率的要求下(即已超过常规设计习惯),箍筋配置还现破坏等。往往基础发生损伤或者破坏难以检査确
需满足E2地震作用(第2级设防水准)下变形能力的认,只能间接推测是否有损伤。另外,基础破坏后的修
要求及抗剪强度的要求。同时,《细则》8.1.1条及8.1.10复工作也较困难。
条对墩柱加密区的箍筋布置还做出了具体规定。
理想的状态是破坏根本不发生在基础上,这正是
高烈度区桥梁,圆柱墩箍筋若按常规的の10螺旋《细则》的要求ー一通过能力保护设计使得基础比墩柱
筋配置,则箍觞间距要小到不能接受的程度才能满足强,基础能承受墩柱所能传下来的最大力而不破坏。
细则要求。美国主要采用沿周边配置环形箍筋或螺旋
要使桩基础、桩身强度均比墩柱强,常用措施为
箍筋方法,为达到较高的配箍率,常用大直径箍筋,如桩径比柱径加大ー定尺寸;柱顶区段纵筋直径比柱增
16或者20,也可以将两根钢筋并置做箍筋。日本规大一级且根数增加;桩顶加密锍筋布置。
范规定箍筋直径应在13mm以上,并且圆形墩柱截面2.4盖梁
内部配置箍,同时还给岀了几种建议的箍筋配置形
盖梁尺寸要满足抗震设计最小尺寸要求,允许墩
式,如图2所示。
梁发生可接受的滑动位移。预制梁梁端至墩、台或盖梁
边缘应有一定的距离,其最小值应满足《细则》1.2节
要求。
《细则》中对盖梁的设计要求是很明确的,地震中
不允许盖梁发生破坏,按能力保护原则设计;但如果在
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E2下结构未进人塑性,则出于经济考虑可用在F2下
图2日本规范建议的圆形截面箍筋配置形式
的内力进行验算而不用能力保护内力。
需要特別指出的是,地震作用下盖梁正截面抗弯
参考日本规范和GB50011-2001《建筑抗震设计验算的控制截面在墩柱边缘处,由于地震弯矩可正、可
规范》条文说明,结合结构受力计算,确定箍筋直径和负,地震与恒载组合后该截面通常会出现正弯矩(下
间距,建议采用图3所示箍筋配置形式。
缘受拉),往往控制盖梁下缘主筋配筋量,这与静力计
算时盖梁下缘钢筋受跨中截囿控制不同,导致的配筋
结果也与静力条件下不同。
2.5系梁
《细则》11.4.7条规定,Ⅷ度区高度大于7m的柱式
桥墩和排架墩应设置横系粱。高墩墩间系梁间距可根
图3建议圆柱箍筋配置形式
据实际情况确定。但《细则》中没有提到系梁的计算原
2.2桥台
则,常规设计中系梁仅作为构造性构件,其实在横向
桥台常见破坏是横向挡块破坏和背墙被纵向冲地震下系梁损伤前的弯矩一般要比墩身大。
撞破坏。
建议采用以下设计原则:1)E1地震下不破坏,按
桥台背墙主要承受台后填土的被动土压力作用。计算配筋;2)E2地震下可出现塑性铰,并在节点处保证
地震时,桥梁主体结构与桥台刚度存在明显差异,以致墩柱不破坏
主梁与桥台背墙的相对位移远远大于伸缩缝间距,从2.6支座
而发生碰撞。若背墙截面较小,强大的冲击力将使其
预制装配式桥梁支座通常采用板式橡胶支座?
沿根部发生剪切破坏,主梁在纵桥向一側失去位移约《细则》不允许板式橡胶支座在E2下产生滑动和剪切
束,引发落梁。
破坏,这在现阶段是很难实现的,因板式橡胶支座一般
地震桥梁震害表明,若桥台未发生大的整体位移,与上下部无可靠的连接锚固,因此地震中梁与支座之
66帝故2012No3( May ) Vol30
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