浅谈桥梁抗震设计方法与减隔震技术 3页

第35卷第16期山西建筑Vol.35No.162009年6月SHANXIARCHITECTUREJun.2009
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桥隧工程
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03浅谈桥梁抗震设计方法与减隔震技术韩鹏孟摘要:针对桥梁工程的地震破坏,从震害形式、抗震设计方法和减隔震技术的发展等方面对桥梁抗震技术作了论述,表明伴随桥梁抗震设计方法和减隔震技术的发展,桥梁震害将大大减轻。关键词:桥梁震害,抗震设计,减隔震中图分类号:U441文献标识码:A1桥梁震害概述2桥梁抗震设计方法的发展随着城市现代化进程不断加快、城市人口的大量聚集和经济2.1基于强度的设计方法的高速发展,交通网络在整个城市生命线抗震防灾系统中的重要早期的抗震设计基本采用基于强度的抗震设计方法,将地震性不断提高,对桥梁的依赖性越发增强。而近几十年全球发生的力当作静荷载进行结构分析,以结构构件的强度或刚度是否达到多次破坏性大地震表明,作为抗震防灾、危机管理系统重要组成特定的极限状态作为结构失效的准则。且该方法是目前许多抗部分的桥梁工程在地震中受到破坏,将严重阻断震区的交通生命震设计规范仍采用的设计方法。线,使地震产生的次生灾害进一步加重,给救灾和灾后重建工作2.2基于延性的设计方法带来极大困难。同时,桥梁作为重要的社会基础设施,投资大、公结合桥梁结构弹塑性破坏的特点,一些学者提出了基于反应共性强、维护管理困难。提高桥梁的抗震性能是减轻地震损失、谱的延性抗震设计方法。该方法采用地震力修正系数调整反应加强区域安全的基本措施之一。根据以往地震中桥梁的震害情谱加速度或弹性分析的地震内力,来反映不同结构的延性需求。况,钢筋混凝土桥梁常见的破坏形式主要分为上部结构破坏、支如美国AASHTO桥梁设计规范就针对桥墩、基础、支座等构件,座破坏、下部结构破坏和基础破坏等。采用不同的地震反应修正系数R对弹性地震力进行折减,得到设规定:上、中面层为4%~7%,极值最小值为3%、最大值为8%;22)沥青混合料拌合场地面积一般不少于12000m。拌合机下面层为3%~8%,极值最小值为3%、最大值为9%。应采用自动控制的间歇式拌合机,且生产能力不应低于180t/h,现场空隙率主要作为施工过程中质量控制指标,检测方法、冷料仓不少于5个,并必须与热料仓数相对应,冷料仓之间应用检测频率及评价方法规定如下:高达0.8m~1m的隔离,装载机料斗宽度应小于冷料仓宽度,防1)检测方法。测定当天沥青混合料最大理论密度(D)和钻孔止不同规格集料互混,热料仓溢出的集料不得再使用。试件密度(D),现场空隙率(VV)计算式为:VV=(1-D/D)!3)运料车标定载重量不得小于15t,车厢两侧必须设有至少100%。2)检测频率。同压实度检测频率。3)评价方法。以符合2个测温孔。每台车必须配备2套双层油布棉被,运料时必须覆盖。上述规定范围内的单点测值数除以总测点数计算为合格率,当合沥青混凝土路面压实度质量采用以摊铺速度、碾压工艺进行格率小于90%或有单点测值超出极值规定时,应结合压实度检查过程控制,以压实度和空隙率双重指标进行量化评价,是实现沥结果及时分析其原因,予以纠正后方可继续施工,并对已施工的青混凝土路面整体质量提高的有效措施。相应段落进行修整乃至返工。参考文献:4其他注意事项[1]JTGF40
2004,公路沥青路面施工技术规范[S].[2]JTGF80/1
2004,公路工程质量检验评定标准[S].1)控制好材料质量,是保证压实度的一个基础工作。沥青混凝土面层粗集料应有一个固定料源,其规格、级配等应稳定,矿粉[3]JTJ052
2000,公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].[4]何杉.热拌沥青混合料路面施工与质量控制措施[J].山应在拌合厂现场加工或采用水泥厂的生料,严禁使用回收粉尘,严格控制沥青质量,沥青质量抽检应随机抽取多桶混合后试验。西建筑,2008,34(10):283
284.ThecompactionqualitycontrolmeasuresofasphaltconcretepavementinexpresshighwaySONGZhen
huaAbstract:Aimingattheproblemthatasphaltconcretepavementwaseasytooccurearlydamage,theasphaltconcreteconstructionexperiencesandmethodsweregeneralized.Someeffectivemeasurestocontrolasphaltconcretepavementcompactionqualityinexpresshighwaywerepro
posed,whichobtainedbettereffectinpracticalapplicationprocessandhadactiveeffecttoreduceanderaseearlydamageofasphaltconcretepavementinexpresshighway.Keywords:spreading,rollingcontrol,compactiontechnology,compactiondegree,porosity收稿日期:2009
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06作者简介:韩鹏(1982
),男,同济大学桥梁工程系博士研究生,上海200092孟(1981
),女,助理工程师,甘肃省建筑设计研究院上海分院,上海200070 第35卷第16期山西建筑
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2009年6月计地震力。较低的屈服剪力(约10MPa),具有足够高的初始剪切刚度(约2.3基于性能的抗震设计130MPa),具有理想弹塑性性能且对于塑性循环具有很好的耐疲基于性能的抗震设计实际上是一总体设计思想,主要指结构劳性能,能够提供地震下的耗能能力和静力荷载下所必需的刚在受到不同水平地震(不同概率地震)作用下的性能达到一组预度。因此,由铅芯和分层橡胶支座结合的铅芯橡胶支座能够满足期的性能目标。基于性能的抗震设计是使设计出的结构在指定一个良好减隔震装置所应具备的要求:在较低水平力作用下,具强度地震下的破损状态及其造成的经济损失、人员伤亡等控制在有较高的初始刚度,变形很小;在地震作用下,铅芯屈服,刚度降预期的目标范围内,使结构震后的功能得以延续和维持。低,延长了结构周期,并消耗地震能量。基于性能的抗震设计的特点是使抗震设计从宏观定性的目3)滑动摩擦型减隔震支座。滑动摩擦型支座利用不锈钢与标向具体量化的多重目标过渡,将抗震设计由以保障人们生命安聚四氟乙烯材料之间相当低的滑动摩擦系数制成。也称为聚四全为基本目标转化为不同风险水平地震作用下满足不同的性能氟乙烯滑板支座。这种支座具有摩擦系数小,水平伸缩位移大的目标,从而通过多目标、多层次的抗震安全设计来最大限度保障优点,作为桥梁活动支座十分适宜。在地震作用下,滑动摩擦型人民生命财产安全,满足业主所需的结构性能目标。支座允许上部结构在摩擦面上发生滑动,从而将上部结构能够传基于性能的抗震设计内容主要包括:1)科学的定义和确定地递到下部结构的最大地震力限制为支座的最大摩擦,同时通过摩震危险性;2)确定结构在不同水平地震作用下损伤状态、性能水擦消耗大量的地震能量。这类支座的缺点是没有自复位能力,用平和性能指标;3)设计方法,主要包括承载力设计方法、位移设计作隔震支座时,支座响应的可预测性和可靠性都不尽如人意,所方法和能量设计方法等。以常与阻尼器和橡胶支座等其他装置一起使用。3桥梁减隔震技术3.1减隔震技术的概念和发展减震是人为在结构的某些部位设置阻尼器或耗能构件,改变结构的动力性能,耗散结构吸收的地震能量,从而降低结构的地震反应。隔震则是指通过延长结构的自振周期避开地震卓越周期或减小地震能量输入,以此降低结构地震反应。对桥梁结构采用隔震技术的思想产生由来已久,减隔震技术自诞生以来,受到4)钢阻尼器。钢阻尼器利用钢材的塑性变形来耗能。如图2了广泛的重视。第一座采用减隔震技术的桥梁是新西兰的Motu所示为三种典型的钢阻尼器:a.有横向加载臂的均匀弯矩弯曲梁桥,建于1973年,上部结构采用滑动支承隔震,阻尼由U形钢弯阻尼器,加载臂有一倾斜角度;b.锥形悬臂弯曲梁阻尼器;c.有横曲梁提供。该桥建成后,减隔震技术在桥梁抗震中得到了迅速推向加载臂的扭梁阻尼器。钢阻尼器的优点是制造不需要特殊设广。美国第一次将减隔震技术用于桥梁是在1984年,用于对备,费用比较合适,坚实耐用,又具有较大的耗能能力。试验研究SierraPointBridge进行抗震加固。1990年,美国新建了第一座采表明,大多数钢阻尼器的滞回曲线可用双线性来近似模拟。不同用减隔震技术的桥梁Sexton桥。在日本,第一座建成的减隔震桥类型钢阻尼器的选择取决于阻尼器放置的位置、可利用的空间、梁是静岗县横跨Keta河的宫川大桥,完成于1990年,是一座3跨连接的结构以及力和位移的大小。连续钢桁架梁桥,采用铅芯橡胶支座作为减震构件。钢阻尼器通常和橡胶隔震支座一起使用,如聚四氟乙烯滑板3.2常用减隔震装置支座与悬臂钢阻尼器就是一种合理组合。1)分层橡胶支座。分层橡胶支座,国内常称为板式橡胶支3.3减隔震装置的选择座。其基本构造如图1所示,由薄橡胶片与薄钢板相互交替结合桥梁的减隔震系统应满足如下三个基本功能:1)具备一定的而成,支座平面形状多采用圆形或矩形。在抗震设计中主要考虑柔度,用来延长结构周期,降低地震力;2)通过阻尼、耗能装置等分层橡胶支座的水平刚度和阻尼作用等因素。橡胶支座的水平对地震力进行耗散,并将支承面处的相对变形控制在设计允许的剪切刚度,指上、下板面产生单位位移时所需施加的水平剪力。范围内;3)具备一定的刚度和屈服力,在正常使用荷载下结构不橡胶支座通过在变形过程中消耗能量提供阻尼,这种阻尼主要取发生屈服和有害振动。决于橡胶层变形的速度。以天然橡胶为主要材料制作的支座,典进行减隔震设计时,应将重点放在提高耗能能力和分散地震型的阻尼比为5%~10%。分层橡胶支座的力∀位移滞回曲线呈力上,不可过分追求加长周期。而且应选用作用机构简单的减隔狭长形,所提供的阻尼较小,因而在减隔震桥梁设计中,常与阻尼震装置,并在其力学性能明确的范围内使用。另外,减隔震装置器一起使用。不仅要能减震耗能,还应满足正常运营荷载的承载要求,因此选择减隔震装置时,还应注意以下一些要求:1)在不同水准地震作用下,减隔震支座都应保持良好的竖向荷载支承能力;2)减隔震装置应具有较高的初始水平刚度,使得桥梁在风荷载、制动力等作用下不发生过大的变形和有害的振动;3)当温度、徐变等引起上部结构缓慢的伸缩变形时,减隔震支座产生的抗力应比较低;4)减隔震装置应具有较好的自复位能力,使震后桥梁上部结构能够基本恢复到原来位置。4结语2)铅芯橡胶支座。铅芯橡胶支座是在板式橡胶支座的基础随着人类对地震灾害特性和桥梁工程震害特点的深化认识上,在支座的中部或中心周围部位竖直地压入高纯度铅芯以改善和深入研究,桥梁抗震设计方法经历了从强度、延性设计到基于支座阻尼性能的一种减震支座。铅芯具有良好的力学特性,具有性能发展的过程,伴随桥梁减隔震技术的发展和应用,将大大提高 第35卷第16期山西建筑Vol.35No.162009年6月SHANXIARCHITECTUREJun.2009
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03钢筋混凝土桥梁加固法的结构耐久性时变分析许艳秋杨成东摘要:以一钢筋混凝土简支梁和一钢筋混凝土轴心受压柱为例,对几种常用的加固方案的抗力衰减∀时间函数进行了初步的确定,并根据相关资料,推导出了几种加固方案的抗力衰减∀时间函数,以便用于未来的研究计算。关键词:桥梁,加固,锈蚀,抗力衰减∀时间函数中图分类号:U445.72文献标识码:A由于环境等内外因素的影响,结构抗力在使用过程中表现为
As=Askst(2)随时间发生变化。加固方案的耐久性决定了初始抗力提高的程其中,As,
As分别为钢筋(钢板)初始面积和计算时刻的腐度。为了选择经济合理的加固方案,就必须分析结构抗力退化机蚀面积,mm2;t为钢筋锈蚀时间,年。理和退化过程,建立实用的抗力衰减∀时间函数。表1钢材锈蚀统计参数1钢材与混凝土中钢筋锈蚀机理碳素钢耐候钢参数abab1.1钢材(1)乡村气候环境Kayser(1988年)描述了5种重要的钢材锈蚀,其中最普通的平均值34.00.65033.300.498是钢材的一般锈蚀,锈蚀导致钢材损失,从而降低结构的承载力。变异系数0.090.1000.340.090相关值∀∀0.05∀锈蚀受环境影响,空气中的水分和盐是最重要的环境因素。有关(2)城市气候环境[2]研究表明,钢材锈蚀过程可用指数函数近似:平均值80.200.59350.700.567c(t)=a!tb(1)变异系数0.420.4000.300.370-6相关值0.68∀0.19∀其中,c(t)为t时刻平均锈蚀深度,10m;t为时间,年;a,(3)海洋气候环境b分别为由实验或检测确定的参数。平均值70.600.78940.200.557Albrecht和Naeemi(1984年)通过大量检测确定了a,b值,表1变异系数0.660.4900.220.100给出a,b的平均值和变异系数及相关系数[3]。相关值0.31∀0.45∀1.2钢筋1.3混凝土对于钢筋混凝土结构,其抗力退化的主要原因是由钢筋锈蚀理论分析和实验分析表明,在大气环境下,混凝土的碳化深而引起。其破坏机理主要是:1)混凝土碳化使钢筋失去外在保护度x可表示为:而引起锈蚀;2)氯离子渗透引起钢筋的锈蚀。本文仅讨论前者的x=kct(3)退化函数,用一个钢筋锈蚀速率ks来表征。此时钢筋面积的损其中,kc为混凝土碳化系数,与结构所处的自然环境和使用失率公式为:环境、水泥品种、结构混凝土质量及混凝土早期养护条件有关,关地震作用下桥梁的安全性,减轻地震损失,并为震区的震后交通[3]颜海泉.地震作用下桥梁结构的阻尼建模[D].上海:同济大生命线畅通和救灾工作的顺利提供有力保障。学桥梁工程系博士学位论文,2008.参考文献:[4]韩建平,吕西林,李慧.基于性能的地震工程研究的新进[1]范立础,卓卫东.大跨度桥梁抗震设计[M].北京:人民交通展及对结构非线性分析的要求[J].地震工程与工程振动,出版社,2001.2007(27):15
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116.Discussionontheanti
earthquakedesignmethodandseismicmitigationisolationtechnologyofbridgeHANPengMENGJieAbstract:Aimingattheearthquakedamageofthebridgeproject,thepaperdiscussestheanti
earthquaketechnologyofbridgefromtheaspectssuchasformsofearthquakedamage,developmentoftheanti
earthquakedesignmethodandseismicmitigationisolationtechnology,andpointsthatwiththedevelopmentoftheanti
earthquakedesignmethodandseismicmitigationisolationtechnology,thebridgeearthquakedamagewillreducelargely.Keywords:earthquakedamageofbridge,anti
earthquakedesign,seismicmitigationisolation收稿日期:2009
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06作者简介:许艳秋(1967
),女,高级工程师,阜新市公路工程质量与安全监督处,辽宁阜新123000杨成东(1963
),男,高级工程师,阜新市公路工程质量与安全监督处,辽宁阜新123000