构造措施的重要性在《公路桥涵设计通用规范》的“条文说明”中有分析。
11.1.1~11.1.3 由于工程场地可能遭受地震的不确定性,以及人们对桥梁结构地震破坏机理的认识尚不完备,因此桥梁抗震实际上还不能完全依靠定量的计算方法。实际上,历次大地震的震害表明,一些从震害经验中总结出来或经过基本力学概念启示得到的一些构造措施被证明可以有效地减轻桥梁的震害。如主梁与主梁或主梁与墩之间适当的连接措施可以防止落梁,但这些构造措施不应影响桥梁的正常使用功能,不应妨碍减隔震、耗能装置发挥作用。
1.烈度的调整
《公路桥涵设计通用规范》3.1.4条的“条文说明”指出采用抗震构造措施时,烈度要进行调整。
3.1.4 抗震构造措施是在总结国内外桥梁震害经验的基础上提出来的设计原则,历次大地震的震害表明,抗震构造措施可以起到有效减轻震害的作用,而其所耗费的工程代价往往较低。因此,本规范对抗震构造措施提出了更高和更细致的要求。烈度调整的幅度见《城市桥梁抗震设计规范》3.1.4条规定:
3.1.4 各类城市桥梁的抗震措施,应符合下列要求:
1 甲类桥梁抗震措施,当地震基本烈度为6~8度时,应符合本地区地震基本烈度提高一度的要求;当为9度时,应符合比9度更高的要求。
2 乙类和丙类桥梁抗震措施,一般情况下,当地震基本烈度为6~8度时,应符合本地区地震基本烈度提高一度的要求;当为9度时,应符合比9度更高的要求。
3 丁类桥梁抗振措施均应符合本地区的地震基本烈度的要求。
2.防落梁的措施
落梁是梁桥的主要震害,不仅会造成交通中断,而且在短期内难以修复。随着梁的下落,打断墩身,往往一孔落梁会波及数孔落梁,甚至使全桥倒塌。
落梁的原因:
1)桥台在地震时一方面受到上部结构的撞击力,另一方面又受到台背填土的主动土压力,如果台身强度不够,则桥台将在主动土压力作用下弯曲折断,引起落梁;
2)墩身在地震力作用下,由于墩身强度不够而折断,引起落梁;
3)梁墩相对位移过大,引起落梁。
桥梁的震害是多方面的,其中损害最严重、修复最困难的是梁体坠落。
上部结构本身很少直接被震坏。其结构的异常位移与坠落主要是由于墩台的位移、变形和倒塌所引起,但也有地震时下部结构完整,而地震的惯性力导致上部结构过大位移而坠落。因此,上部结构的抗震措施主要在于防止梁体坠落。防止落梁的措施主要是对桥梁墩台顶部沿梁轴方向的梁端尺寸有一定要求,不能太短。《城市桥梁抗震设计规范》规定:
11.1.1 应采用有效的防落梁措施。
11.2.1 简支梁梁端至墩、台帽或盖梁边缘应有一定的距离(图11.2.1)。其最小值a(cm)按下式计算:
a≥40+0.5L (11.2.1)
式中 L——梁的计算跨径(m)。
图11.2.1 梁端至墩、台帽或盖梁边缘的最小距离a
11.3.1 7度区的抗震措施,除应符合6度区的规定外,尚应符合本节的规定。
11.3.2 简支梁梁端至墩、台帽或盖梁边缘应有一定的距离,其最小值a(cm)按下式计算:
a≥70+0.5L (11.3.2)
11.4.1 8度区的抗震措施,除应符合7度区的规定外,尚应符合本节的规定。
11.5.1 9度区的抗震措施,除应符合8度区的规定外,尚应符合本节的规定。
真题 【14.3.1】 (1999年考题)
对于建在7度地震区的桥面不连续的简支梁(板)桥和吊梁,其抗震构造措施,以下何项正确?
(A)不需要采取任何措施
(B)应采取防止纵向落梁的措施
(C)应采取防止横向落梁的措施
(D)应采取防止纵、横向落梁的措施
【答案】 (B)
根据《城市桥梁抗震设计规范》11.3.2条规定:“简支梁梁端至墩、台帽或盖梁边缘应有一定的距离”,选(B)。
真题 【14.3.2】 (1999年考题,因《规范》改版,故本题有关参数跟着做了相应调整)
某处于基本烈度为7度地区的城市桥梁,为多跨简支梁,抗震措施中简支梁梁端至墩、台帽或盖梁边缘应有一定的距离,其最小值α(cm),以下何项为正确?
(A)α≥50+L(梁计算跨径按m单位取值)
(B)α≥70+0.5L(梁计算跨径按m单位取值)
(C)α≥75+L(梁计算跨径按m单位取值)
(D)没有限值要求
【答案】 (B)
根据《城市桥梁抗震设计规范》11.3.2条和式(11.3.2)的规定:a≥70+0.5L,选(B)。
真题 【14.3.3】 (2010年考题)
某桥位于7度地震区(地震动峰值加速度为0.15g)。结构为多跨16m简支预应力混凝土空心板梁,中墩盖梁为单跨双悬臂矩形结构,支座采用氯丁橡胶板式支座,伸缩缝宽度为80mm。试问,该桥中墩盖梁的最小宽度(mm),与下列何项数值最为接近?
提示:取梁的计算跨径为15.5m。
(A)1650 (B)1580 (C)1100 (D)1000
【答案】 (A)
根据《城市桥梁抗震设计规范》11.3.2条规定:简支梁梁端至墩、台帽或盖梁边缘应有
一定的距离a(cm)≥70+0.5L,式中L为梁的计算跨径(m)。盖梁的最小宽度,
B=2(70+0.5×15.5+8/2)×10mm=1635mm≈1650mm,选(A)。
真题 【14.3.4】 (2011年考题,原题为连锁题中的一道子题,现改写成一道独立题)某二级干线公路上一座标准跨径为30m的单跨简支梁桥,如图14.3.1所示。上部结构由5根各长29.94m、高2.0m的预制预应力混凝土T形梁组成,桥梁位于7度地震区(地震动加速度峰值为0.15g),其边墩盖梁上雉墙厚度为400mm,预制主梁端与雉墙前缘之间缝隙为60mm,若取主梁计算跨径为29m,采用400mm×300mm的矩形板式氯丁橡胶支座。试问,该盖梁的最小宽度(mm)与下列何项数值最为接近?
图 14.3.1
(A)1000 (B)1250 (C)1350 (D)1700(www.daowen.com)
【答案】 (C)
根据《城市桥梁抗震设计规范》11.3.2条的规定:抗震设防烈度7度区域的简支梁端至墩、台帽或盖梁边缘的最小距离a≥(70+0.5L)cm,其中L为梁的计算跨径(m)。
a≥(70+0.5×29)×10=(70+14.5)×10=845mm
边墩盖梁最小宽度应为B=400+60+845=1305mm,取B=1350mm。选(C)。
真题 【14.3.5】 (2013年考题)
某城市桥梁,位于7度地震区,为5孔16m简支预应力混凝土空心板梁结构,全宽19m,桥梁计算跨径15.5m;中墩为两跨双悬臂钢筋混凝土矩形盖梁,三根φ1.1m的圆柱;伸缩缝宽度均为80mm;每片板梁两端各置两块氯丁橡胶板式支座,支座平面尺寸为200mm(顺桥向)×250mm(横桥向),支点中心距墩中心的距离为250mm(含伸缩缝宽度)。试问,根据现行桥规的构造要求,该桥中墩盖梁的最小设计宽度(mm)与下列何项数值最为接近?
(A)1640 (B)1390 (C)1000 (D)1200
【答案】 (A)
《城市桥梁抗震设计规范》11.3.2条规定“简支梁梁端至盖梁边缘的最小值a(单位cm)应满足下式要求。
a≥70+0.5L(L为梁的计算跨径,以m计)
盖梁宽度Ba=2a+b0(伸缩缝宽度)=[2×(70+0.5×15.5)+8]×10=1635mm≈1640mm
取B=1640mm,选(A)。
3.墩柱结构构造
(1)墩柱塑性铰区域内加密箍筋的配置
《城市桥梁抗震设计规范》8.1.1条的规定和“条文说明”:
8.1.1 对地震基本烈度7度及以上地区,墩柱塑性铰区域内加密箍筋的配置,应符合下列要求:
1 加密区的长度不应小于墩柱弯曲方向截面边长或墩柱上弯矩超过最大弯矩80%的范围;当墩柱的高度与弯曲方向截面边长之比小于2.5时,墩柱加密区的长度应取墩柱全高;
2 加密箍筋的最大间距不应大于10cm或6dw或b/4(dw为纵筋的直径,b为墩柱弯曲方向的截面边长);
3 箍筋的直径不应小于10mm;
4 螺旋式箍筋的接头必须采用对焊接,矩形箍筋应有135°弯钩,并应伸入核心混凝土之内6dw以上。
条文说明:8.1.1 横向钢筋在桥墩柱中的功能主要有以下三个方面:
(1)用于约束塑性铰区域内混凝土,提高混凝土的抗压强度和延性;
(2)提供抗剪能力;
(3)防止纵向钢筋压屈。
在处理横向钢筋的细部构造时需特别注意。由于表层混凝土保护层不受横向钢筋约束,在地震作用下会剥落,这层混凝土不能为横向钢筋提供锚固。因此,所有箍筋都应采用等强度焊接来闭合,或者在端部弯过纵向钢筋到混凝土核心内,角度至少为135°。
(2)墩柱塑性铰区域内加密箍筋的最小体积配箍率ρsmin
《城市桥梁抗震设计规范》8.1.2条规定:
8.1.2 对地震基本烈度7度、8度地区,圆形、矩形墩柱塑性铰区域内加密箍筋的最小体积配箍率ρsmin,应按式(8.1.2-1)和式(8.1.2-2)计算。对地震基本烈度9度及以上地区,圆形、矩形墩柱塑性铰区域内加密箍筋的最小体积配筋率ρsmin应比地震基本烈度7度、8度地区适当增加,以提高其延性能力。
1 圆形截面:
2 矩形截面:
式中 ηk——轴压比,指结构的最不利组合轴向压力与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值;
ρt——纵向配筋率;
fhk——箍筋抗拉强度标准值(MPa);
fck——混凝土抗压强度标准值(MPa)。
(3)加密区以外区域的箍筋配置
《城市桥梁抗震设计规范》8.1.3条规定:
8.1.3 墩柱塑性铰加密区以外区域的箍筋量应逐渐减少,但箍筋的体积配箍率不应少于塑性铰区域体积配箍率的50%。
(4)墩柱的纵向钢筋配置
《城市桥梁抗震设计规范》8.1.4条的规定和“条文说明”:
8.1.4 墩柱的纵向钢筋宜对称配置,纵向钢筋的面积不宜小于0.006Ag,且不应超过0.04Ag(Ag为墩柱截面全面积)。
条文说明:
8.1.4 试验研究表明:沿截面布置若干适当分布的纵筋,纵筋和箍筋形成一整体骨架(如图12),当混凝土纵向受压、横向膨胀时,纵向钢筋也会受到混凝土的压力,这时箍筋给予纵向钢筋约束作用。因此,为了确保对核心混凝土的约束作用,墩柱的纵向配筋宜对称配筋。
图12 柱中横向和纵向钢筋的约束作用
纵向钢筋对约束混凝土墩柱的延性有较大影响,因此,延性墩柱中纵向钢筋含量不应太低。如果纵向钢筋含量低,即使箍筋含量较低,墩柱也会表现出良好的延性能力,但此时结构在地震作用下对延性的需求也会很大,因此,这种情况对结构抗震也是不利的。但纵向钢筋的含量太高不利于施工。另外,纵向钢筋含量过高还会影响墩柱的延性,所以纵向钢筋的含量应有一个上限。这里根据我国桥梁结构的具体情况,建议墩柱纵向钢筋的配筋率范围0.006~0.004。
真题 【14.3.6】 (2013年考题,原题为连锁题中的一道子题,现改写成一道独立题)
某城市快速路上的一座立交匝道桥,该桥的中墩为单柱T形墩,墩柱为圆形截面,其直径为1.8m,墩顶设有支座,墩柱高度H=14m,位于7度地震区。试问,在进行抗震构造设计时,该墩柱塑性铰区域内箍筋加密区的最小长度(m)与下列何项数值最为接近?
(A)1.80 (B)2.35 (C)2.50 (D)2.80
【答案】 (A)
根据《公路桥梁抗震设计细则》8.1.1条,“对地震基本烈度7度及以上地区,加密区的长度不应小于墩柱弯曲方向截面边长或墩柱上弯矩超过最大弯矩80%的范围;当墩柱的高度与弯曲方向截面边长之比小于2.5,墩柱加密区的长度应取墩柱全高”
本题地震基本烈度为7度。
墩柱的高度与弯曲方向截面边长之比14/1.8>2.5,加密区的长度不应小于墩柱弯曲方向截面边长,应取1.8m。
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