橋梁節點部位的抗震解析
發布時間:2014-08-05
基於震害現象和有關實驗與理論研究,結合能力
抗震設計的思想,按照我國公路橋梁的特點,探討影響極限強的因素,並提出
抗震設計的方法,具有重要的論意義和工程應用價值。
在(zai)橋(qiao)梁(liang)結(jie)構(gou)中(zhong),節(jie)點(dian)構(gou)造(zao)形(xing)式(shi)與(yu)房(fang)屋(wu)框(kuang)架(jia)結(jie)構(gou)中(zhong)的(de)節(jie)點(dian)相(xiang)差(cha)較(jiao)大(da),而(er)且(qie)橋(qiao)梁(liang)結(jie)構(gou)在(zai)橫(heng)向(xiang)地(di)震(zhen)作(zuo)用(yong)下(xia)主(zhu)要(yao)依(yi)靠(kao)墩(dun)柱(zhu)的(de)延(yan)性(xing)發(fa)生(sheng)變(bian)形(xing),而(er)不(bu)是(shi)依(yi)靠(kao)蓋(gai)梁(liang)的(de)延(yan)性(xing),因(yin)而(er)不(bu)能(neng)套(tao)用(yong)房(fang)屋(wu)框(kuang)架(jia)結(jie)構(gou)節(jie)點(dian)
抗震設she計ji。但dan是shi毫hao無wu疑yi問wen的de是shi,橋qiao梁liang節jie點dian部bu位wei屬shu於yu能neng力li保bao護hu構gou件jian,在zai地di震zhen作zuo用yong下xia需xu要yao保bao持chi較jiao高gao的de強qiang度du和he剛gang度du。本ben文wen結jie合he我wo國guo公gong路lu橋qiao梁liang的de特te點dian,對dui影ying響xiang極ji限xian強qiang的de因yin素su做zuo出chu了le探tan討tao,具ju有you重zhong要yao的de論lun意yi義yi和he工gong程cheng應ying用yong價jia值zhi。
一、我國橋梁節點受力特點
點的受力機理受到多種因素的影響,包括:混(hun)凝(ning)土(tu)強(qiang)度(du),鋼(gang)筋(jin)屈(qu)服(fu)強(qiang)度(du),核(he)心(xin)區(qu)內(nei)箍(gu)筋(jin)的(de)構(gou)造(zao)以(yi)及(ji)梁(liang)柱(zhu)主(zhu)筋(jin)的(de)錨(mao)固(gu)狀(zhuang)況(kuang)等(deng)。在(zai)正(zheng)常(chang)配(pei)筋(jin)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia),節(jie)點(dian)核(he)心(xin)的(de)受(shou)力(li)過(guo)程(cheng),一(yi)般(ban)經(jing)曆(li)以(yi)下(xia)四(si)個(ge)階(jie)段(duan):
(一)初裂
dangjiazaishihexinquchuxiandiyitiaoxieliefengshi,chengweihexinquchuliejieduan。cishigujinyinglishuipinghendi,jiediankerenweichuyudanxinggongzuojieduan,jiedianjianlizhuyaoyouhunningtuchengdan。
(二)通裂
初裂後繼續增加荷載,節點核心區中部陸續出現第二條、disantiaoxieliefeng,jianghexinqufengechengruoganxiaokuai,ranhouzhujianxingchengguantongjiedianhexinduijiaoxiandezhuxieliefeng。tonglieshijiedianneigujinyinglihenkuaizengjiazhiqufuyingli,jiedianjinrudansuxingjieduan,gangdumingxianjiangdi。shiyanxianshi,tonglieshidechengzainengliyueweijixianchengzainenglide80%左右。
(三)極限
通裂後外荷載還可以繼續增加,核心區裂縫寬度越來越寬,結構變形明顯加大,核心區剪切變形成倍增長。混凝土保護層開始起殼、剝落。此時承載能力達到最大值,稱為極限階段。極限時節點內箍筋幾乎全部屈服。
(四)破損
雖然變形持續加大,但是節點承載能力開始降低,核心區混凝土大塊剝落。破損時節點的承載能力約為極限時的80%一90%。
二、加強節點強度
在(zai)地(di)震(zhen)作(zuo)用(yong)下(xia),希(xi)望(wang)塑(su)性(xing)鉸(jiao)出(chu)現(xian)在(zai)梁(liang)端(duan),這(zhe)樣(yang)就(jiu)不(bu)會(hui)引(yin)起(qi)高(gao)層(ceng)結(jie)構(gou)太(tai)大(da)的(de)側(ce)向(xiang)變(bian)形(xing),避(bi)免(mian)了(le)倒(dao)塌(ta)的(de)後(hou)果(guo)。但(dan)是(shi)在(zai)橋(qiao)梁(liang)結(jie)構(gou)中(zhong),如(ru)果(guo)梁(liang)端(duan)出(chu)現(xian)較(jiao)大(da)的(de)轉(zhuan)角(jiao),就(jiu)會(hui)引(yin)起(qi)橋(qiao)麵(mian)係(xi)極(ji)大(da)的(de)破(po)壞(huai),甚(shen)至(zhi)使(shi)橋(qiao)梁(liang)結(jie)構(gou)完(wan)全(quan)喪(sang)失(shi)使(shi)用(yong)功(gong)能(neng),這(zhe)是(shi)人(ren)們(men)所(suo)不(bu)願(yuan)看(kan)到(dao)的(de)。因(yin)此(ci)在(zai)橋(qiao)梁(liang)
抗震設(she)計(ji)中(zhong),一(yi)般(ban)選(xuan)擇(ze)塑(su)性(xing)鉸(jiao)出(chu)現(xian)在(zai)橋(qiao)墩(dun)中(zhong)。由(you)於(yu)橋(qiao)梁(liang)結(jie)構(gou)都(dou)是(shi)單(dan)層(ceng)或(huo)者(zhe)雙(shuang)層(ceng),即(ji)使(shi)墩(dun)柱(zhu)中(zhong)出(chu)現(xian)塑(su)性(xing)鉸(jiao),在(zai)設(she)計(ji)預(yu)期(qi)的(de)地(di)震(zhen)作(zuo)用(yong)下(xia),隻(zhi)要(yao)墩(dun)柱(zhu)的(de)延(yan)性(xing)能(neng)力(li)滿(man)足(zu)塑(su)性(xing)鉸(jiao)轉(zhuan)角(jiao)的(de)需(xu)求(qiu),都(dou)不(bu)會(hui)引(yin)起(qi)倒(dao)塌(ta)的(de)後(hou)果(guo)。對(dui)於(yu)橋(qiao)梁(liang)節(jie)點(dian)部(bu)位(wei)的(de)
抗震要求,則與建築
抗震規(gui)範(fan)一(yi)致(zhi)。節(jie)點(dian)是(shi)連(lian)接(jie)橋(qiao)墩(dun)和(he)蓋(gai)梁(liang)的(de)傳(chuan)力(li)構(gou)件(jian),是(shi)保(bao)證(zheng)整(zheng)個(ge)結(jie)構(gou)良(liang)好(hao)工(gong)作(zuo)的(de)關(guan)鍵(jian)部(bu)位(wei),屬(shu)於(yu)能(neng)力(li)保(bao)護(hu)構(gou)件(jian),因(yin)此(ci)對(dui)其(qi)強(qiang)度(du)和(he)剛(gang)度(du)要(yao)求(qiu)都(dou)較(jiao)高(gao)。
(一)在由橋墩和蓋梁組成的框架結構中,在橫向地震作用下,塑性鉸可能出現在墩底截麵,墩頂截麵,節點,梁端截麵。根據能力
抗震設(she)計(ji)思(si)想(xiang),蓋(gai)梁(liang)的(de)極(ji)限(xian)強(qiang)度(du)一(yi)般(ban)要(yao)比(bi)橋(qiao)墩(dun)截(jie)麵(mian)大(da),如(ru)果(guo)蓋(gai)梁(liang)中(zhong)配(pei)有(you)預(yu)應(ying)力(li)筋(jin),其(qi)極(ji)限(xian)強(qiang)度(du)會(hui)更(geng)大(da),因(yin)而(er)一(yi)般(ban)不(bu)會(hui)稱(cheng)為(wei)結(jie)構(gou)的(de)薄(bo)弱(ruo)環(huan)節(jie)。在(zai)橫(heng)向(xiang)作(zuo)用(yong)力(li)增(zeng)大(da)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong),墩(dun)底(di)截(jie)麵(mian)彎(wan)矩(ju)最(zui)大(da),首(shou)先(xian)進(jin)入(ru)屈(qu)服(fu)狀(zhuang)態(tai)。在(zai)墩(dun)底(di)截(jie)麵(mian)出(chu)現(xian)塑(su)性(xing)鉸(jiao)以(yi)後(hou),截(jie)麵(mian)上(shang)的(de)彎(wan)矩(ju)會(hui)保(bao)持(chi)平(ping)穩(wen)狀(zhuang)態(tai)不(bu)再(zai)增(zeng)長(chang),而(er)墩(dun)頂(ding)截(jie)麵(mian)的(de)彎(wan)矩(ju)會(hui)隨(sui)框(kuang)架(jia)變(bian)形(xing)的(de)增(zeng)加(jia)而(er)持(chi)續(xu)增(zeng)大(da),節(jie)點(dian)核(he)心(xin)區(qu)域(yu)內(nei)的(de)箍(gu)筋(jin)應(ying)力(li)也(ye)會(hui)隨(sui)之(zhi)增(zeng)加(jia)直(zhi)至(zhi)屈(qu)服(fu)。此(ci)時(shi),節(jie)點(dian)區(qu)域(yu)的(de)剛(gang)度(du)出(chu)現(xian)退(tui)化(hua),會(hui)削(xue)弱(ruo)對(dui)墩(dun)頂(ding)截(jie)麵(mian)的(de)約(yue)束(shu),甚(shen)至(zhi)形(xing)成(cheng)鉸(jiao)接(jie)約(yue)束(shu),從(cong)而(er)引(yin)起(qi)結(jie)構(gou)中(zhong)的(de)內(nei)力(li)重(zhong)分(fen)布(bu),使(shi)結(jie)構(gou)側(ce)向(xiang)變(bian)形(xing)加(jia)速(su)變(bian)大(da),對(dui)結(jie)構(gou)橫(heng)向(xiang)
抗震性(xing)能(neng)是(shi)很(hen)不(bu)利(li)的(de)。節(jie)點(dian)核(he)心(xin)區(qu)的(de)箍(gu)筋(jin)如(ru)果(guo)在(zai)墩(dun)底(di)截(jie)麵(mian)的(de)塑(su)性(xing)鉸(jiao)出(chu)現(xian)以(yi)前(qian)就(jiu)進(jin)入(ru)屈(qu)服(fu),會(hui)削(xue)弱(ruo)對(dui)墩(dun)頂(ding)截(jie)麵(mian)的(de)約(yue)束(shu),甚(shen)至(zhi)形(xing)成(cheng)鉸(jiao)接(jie)約(yue)束(shu),從(cong)而(er)引(yin)起(qi)結(jie)構(gou)中(zhong)的(de)內(nei)力(li)重(zhong)分(fen)布(bu),墩(dun)頂(ding)截(jie)麵(mian)彎(wan)矩(ju)減(jian)小(xiao),墩(dun)底(di)截(jie)麵(mian)彎(wan)矩(ju)增(zeng)大(da),使(shi)得(de)墩(dun)底(di)更(geng)快(kuai)進(jin)入(ru)屈(qu)服(fu)狀(zhuang)態(tai),從(cong)而(er)降(jiang)低(di)框(kuang)架(jia)結(jie)構(gou)的(de)橫(heng)向(xiang)
抗震性能。
(二)在不同的縱筋配筋率下,墩底截麵總是首先進入屈服狀態,梁端截麵基本不屈服,在配筋率小於3%時,墩頂截麵也會達到屈服,當配筋率超過3%時(shi),墩(dun)頂(ding)截(jie)麵(mian)並(bing)未(wei)達(da)到(dao)屈(qu)服(fu)狀(zhuang)態(tai)。這(zhe)說(shuo)明(ming)在(zai)不(bu)同(tong)的(de)配(pei)筋(jin)率(lv)下(xia),節(jie)點(dian)部(bu)位(wei)並(bing)不(bu)是(shi)保(bao)持(chi)相(xiang)同(tong)的(de)剛(gang)度(du)。當(dang)節(jie)點(dian)部(bu)位(wei)出(chu)現(xian)剛(gang)度(du)軟(ruan)化(hua)以(yi)後(hou),對(dui)墩(dun)頂(ding)截(jie)麵(mian)的(de)約(yue)束(shu)減(jian)弱(ruo),從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)墩(dun)頂(ding)截(jie)麵(mian)彎(wan)矩(ju)減(jian)小(xiao)。
(三)節(jie)點(dian)區(qu)域(yu)的(de)配(pei)箍(gu)率(lv)對(dui)結(jie)構(gou)的(de)橫(heng)向(xiang)抗(kang)推(tui)極(ji)限(xian)承(cheng)載(zai)能(neng)力(li)影(ying)響(xiang)並(bing)不(bu)大(da),這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)計(ji)算(suan)中(zhong)假(jia)定(ding)梁(liang)柱(zhu)中(zhong)延(yan)伸(shen)入(ru)節(jie)點(dian)區(qu)域(yu)的(de)主(zhu)筋(jin)和(he)混(hun)凝(ning)土(tu)粘(zhan)結(jie)良(liang)好(hao),核(he)心(xin)區(qu)混(hun)凝(ning)土(tu)所(suo)承(cheng)受(shou)的(de)剪(jian)力(li)都(dou)能(neng)完(wan)全(quan)傳(chuan)遞(di)到(dao)主(zhu)筋(jin)中(zhong)去(qu)。這(zhe)樣(yang)梁(liang)柱(zhu)的(de)主(zhu)筋(jin)就(jiu)承(cheng)擔(dan)了(le)節(jie)點(dian)核(he)心(xin)區(qu)中(zhong)的(de)剪(jian)力(li),因(yin)而(er)箍(gu)筋(jin)的(de)作(zuo)用(yong)體(ti)現(xian)不(bu)明(ming)顯(xian)。事(shi)實(shi)上(shang)在(zai)混(hun)凝(ning)土(tu)開(kai)裂(lie)以(yi)後(hou),隨(sui)著(zhe)裂(lie)縫(feng)的(de)發(fa)展(zhan),主(zhu)筋(jin)與(yu)混(hun)凝(ning)土(tu)之(zhi)間(jian)的(de)粘(zhan)結(jie)惡(e)化(hua)導(dao)致(zhi)滑(hua)移(yi)的(de)產(chan)生(sheng),混(hun)凝(ning)土(tu)中(zhong)的(de)剪(jian)力(li)就(jiu)不(bu)能(neng)完(wan)全(quan)傳(chuan)遞(di)到(dao)主(zhu)筋(jin),此(ci)時(shi)就(jiu)需(xu)要(yao)依(yi)靠(kao)節(jie)點(dian)中(zhong)的(de)箍(gu)筋(jin)承(cheng)擔(dan)抗(kang)剪(jian)作(zuo)用(yong)。如(ru)果(guo)箍(gu)筋(jin)配(pei)置(zhi)過(guo)少(shao),節(jie)點(dian)就(jiu)無(wu)法(fa)將(jiang)上(shang)部(bu)結(jie)構(gou)的(de)慣(guan)性(xing)力(li)傳(chuan)遞(di)到(dao)橋(qiao)墩(dun)中(zhong)去(qu),節(jie)點(dian)核(he)心(xin)區(qu)出(chu)現(xian)脆(cui)性(xing)剪(jian)切(qie)破(po)壞(huai),對(dui)結(jie)構(gou)
抗震非(fei)常(chang)不(bu)利(li)。節(jie)點(dian)核(he)心(xin)區(qu)內(nei)的(de)豎(shu)向(xiang)箍(gu)筋(jin)始(shi)終(zhong)應(ying)力(li)很(hen)大(da),其(qi)主(zhu)要(yao)原(yuan)因(yin),是(shi)因(yin)為(wei)靠(kao)近(jin)節(jie)點(dian)外(wai)側(ce)承(cheng)托(tuo)附(fu)近(jin)的(de)豎(shu)向(xiang)箍(gu)筋(jin),為(wei)了(le)要(yao)平(ping)衡(heng)小(xiao)斜(xie)壓(ya)杆(gan)中(zhong)的(de)壓(ya)力(li),內(nei)力(li)很(hen)大(da),很(hen)容(rong)易(yi)就(jiu)達(da)到(dao)屈(qu)服(fu),在(zai)設(she)計(ji)中(zhong)需(xu)要(yao)給(gei)予(yu)重(zhong)視(shi)。節(jie)點(dian)核(he)心(xin)區(qu)中(zhong)配(pei)置(zhi)適(shi)量(liang)的(de)箍(gu)筋(jin),除(chu)了(le)能(neng)起(qi)到(dao)約(yue)束(shu)混(hun)凝(ning)土(tu),提(ti)高(gao)混(hun)凝(ning)土(tu)強(qiang)度(du)的(de)作(zuo)用(yong)以(yi)外(wai),在(zai)混(hun)凝(ning)土(tu)開(kai)裂(lie)後(hou)能(neng)箍(gu)筋(jin)直(zhi)接(jie)參(can)與(yu)受(shou)力(li),是(shi)保(bao)證(zheng)節(jie)點(dian)裂(lie)縫(feng)不(bu)會(hui)充(chong)分(fen)開(kai)展(zhan),剛(gang)度(du)不(bu)出(chu)現(xian)急(ji)劇(ju)退(tui)化(hua)的(de)有(you)效(xiao)措(cuo)施(shi)。
綜(zong)上(shang)所(suo)述(shu),在(zai)橋(qiao)梁(liang)結(jie)構(gou)中(zhong),如(ru)果(guo)橋(qiao)墩(dun)和(he)蓋(gai)梁(liang)剛(gang)度(du)比(bi)較(jiao)接(jie)近(jin),則(ze)在(zai)地(di)震(zhen)作(zuo)用(yong)下(xia),結(jie)構(gou)受(shou)到(dao)側(ce)向(xiang)賡(geng)性(xing)力(li)作(zuo)用(yong),節(jie)點(dian)核(he)心(xin)區(qu)箍(gu)筋(jin)受(shou)力(li)很(hen)大(da),容(rong)易(yi)出(chu)現(xian)節(jie)點(dian)剛(gang)度(du)退(tui)化(hua)。一(yi)方(fang)麵(mian)會(hui)導(dao)致(zhi)節(jie)點(dian)核(he)心(xin)區(qu)混(hun)凝(ning)土(tu)剪(jian)切(qie)破(po)壞(huai),另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)又(you)會(hui)導(dao)致(zhi)橋(qiao)墩(dun)內(nei)力(li)重(zhong)分(fen)布(bu),墩(dun)底(di)截(jie)麵(mian)彎(wan)矩(ju)加(jia)大(da),更(geng)快(kuai)達(da)到(dao)屈(qu)服(fu)狀(zhuang)態(tai),降(jiang)低(di)橋(qiao)梁(liang)結(jie)構(gou)橫(heng)橋(qiao)向(xiang)整(zheng)體(ti)的(de)
抗震nengli。erzaigailiangheqiaodunkangwangangduxiangchajiaodashi,zaidizhenhengqiaoxiangzuoyongxia,dundihedundingbuweidesuxingjiaogengrongyixingcheng,jiedianbuweixiangduigengjiaanquan,fuhenengli
抗震設計思想。
三、結語
在由橋墩和蓋梁組成的框架結構中,在橫向地震作用下,塑性鉸可能出現在墩底截麵、墩頂截麵、節(jie)點(dian)和(he)梁(liang)端(duan)截(jie)麵(mian)。蓋(gai)梁(liang)的(de)極(ji)限(xian)強(qiang)度(du)一(yi)般(ban)要(yao)比(bi)橋(qiao)墩(dun)截(jie)麵(mian)大(da),如(ru)果(guo)蓋(gai)梁(liang)中(zhong)配(pei)有(you)預(yu)應(ying)力(li)筋(jin),其(qi)極(ji)限(xian)強(qiang)度(du)會(hui)更(geng)大(da),因(yin)而(er)一(yi)般(ban)不(bu)會(hui)成(cheng)為(wei)結(jie)構(gou)的(de)薄(bo)弱(ruo)環(huan)節(jie)。在(zai)橫(heng)向(xiang)作(zuo)用(yong)力(li)增(zeng)大(da)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong),墩(dun)底(di)截(jie)麵(mian)彎(wan)矩(ju)最(zui)大(da),首(shou)先(xian)進(jin)入(ru)屈(qu)服(fu)狀(zhuang)態(tai)。在(zai)墩(dun)底(di)截(jie)麵(mian)出(chu)現(xian)塑(su)性(xing)鉸(jiao)以(yi)後(hou),截(jie)麵(mian)上(shang)的(de)彎(wan)矩(ju)會(hui)保(bao)持(chi)平(ping)穩(wen)狀(zhuang)態(tai)不(bu)再(zai)增(zeng)長(chang),而(er)墩(dun)頂(ding)截(jie)麵(mian)的(de)彎(wan)矩(ju)會(hui)隨(sui)框(kuang)架(jia)變(bian)形(xing)的(de)增(zeng)加(jia)而(er)持(chi)續(xu)增(zeng)大(da),節(jie)點(dian)核(he)心(xin)區(qu)域(yu)內(nei)的(de)箍(gu)筋(jin)應(ying)力(li)也(ye)會(hui)隨(sui)之(zhi)增(zeng)加(jia)直(zhi)至(zhi)屈(qu)服(fu)。此(ci)時(shi),節(jie)點(dian)區(qu)域(yu)的(de)剛(gang)度(du)出(chu)現(xian)退(tui)化(hua),會(hui)削(xue)弱(ruo)對(dui)墩(dun)頂(ding)截(jie)麵(mian)的(de)約(yue)束(shu),甚(shen)至(zhi)形(xing)成(cheng)鉸(jiao)接(jie)約(yue)束(shu),從(cong)而(er)引(yin)起(qi)結(jie)構(gou)中(zhong)的(de)內(nei)力(li)重(zhong)分(fen)布(bu),使(shi)結(jie)構(gou)側(ce)向(xiang)變(bian)形(xing)加(jia)速(su)變(bian)大(da),對(dui)結(jie)構(gou)橫(heng)向(xiang)
抗震是很不利的,這些都是在實際施工中應該注意的地方。
參考文獻:
[1]俞琦、陳語、王家林,橋梁
抗震分析方法[J].重慶交通學院學報, 2006, 25(Supp): 32-34.
[2]席張群,橋梁
抗震分析方法對比研究[J].中國水運, 2007, 7(5): 95-96.
[3]喬東華、王磊,橋梁結構
抗震分析方法研究[J].山西科技, 2007,(1): 151-153.