地震區(qū)簡支梁橋防落梁裝置的設(shè)計

1、地震區(qū)簡支梁橋防落梁裝置的設(shè)計第28卷第3期2021年6月June20ll地震區(qū)簡支梁橋防落梁裝置的設(shè)計朱萬旭2黃穎2楊帆2高宇2(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院150090;2.柳州歐維姆機械股份545005)(1.CivilEngineeringDepartment,HarbininstituteofTechnology,150090,China;2.LiuzhouOVMMachineryCo.,Ltd.,545005,China)摘要文中指出了對地震活動區(qū)域的簡支梁橋設(shè)置防落梁裝置的重要性,并介紹了防落梁裝置的主要應(yīng)用型式及其特點,選擇方法和考前須知,同時闡述了常用型式一拉索式防落梁裝置

2、的設(shè)計步驟,具體可靠的保障.關(guān)鍵詞簡支橋梁落梁防止裝置拉索鋼絞線ABSTRACT:TheimportancetoinstallantiseismicdeviceOnthesimplysupportedgirderbridgeintheearthquakezonewasindicatedinthisarticle.Thetypesandthefeaturesofeachone,selectionmethodandnotesoftheantiseismicdeviceweft?,alsointroduced.Meanwhile,thedesisteps,structureandengineerin

3、gapplicationofthecabletypeantiseismicdevice,itcartprovidereliableprotectionforthebridgestructuredurstrongearthquake.KEYWoRDS:SimplesupportedgirderbridgeAntiseismicdeviceCaf6eStrand引言世紀(jì)之交,地震頻發(fā),特別是最近的日本9級線上的樞紐工程,一旦發(fā)生崩塌那么使整個交通網(wǎng)絡(luò)陷入癱瘓,給震后救災(zāi)工作帶來巨大困難,使次生災(zāi)害加重,特別是對現(xiàn)代化的城市,將影響整個城市生產(chǎn)的運轉(zhuǎn)和功能的發(fā)揮,導(dǎo)致巨大的損失.例如1995年日本阪

4、神地震造成大量高速公路及高速鐵路橋隧的毀壞,交通陷入癱瘓,經(jīng)濟總損失高達1000億美元,所以橋梁抗震平安性不言而害和原因,可得出結(jié)論:科學(xué)合理的抗震設(shè)計和抗震構(gòu)造措施是減輕地震災(zāi)害的最有效途徑.隨著改革開放,我國的橋梁事業(yè)有了長足的年建成主跨180m的連續(xù)剛構(gòu)后,1996年又建成主跨達270m的連續(xù)剛構(gòu),目前正在建跨徑達420m的PC鋼管拱.大跨徑已成為一個主流,人66們也更注重大跨徑橋梁的研究.但實際上,我國橋梁在數(shù)量上,中小橋(一般為簡支體系橋梁)還標(biāo)準(zhǔn)來看,對中小橋防落梁構(gòu)造的研究,與國外相比還有一定的差距.我國是一個地震多發(fā)國家,特別是華北,西北,西南三大地震活動區(qū),都有地通中斷,比方

5、2021年汶川大地震,震后修復(fù)也比地震后,都對落梁破壞的橋梁進行分析,研究,不構(gòu)造,用于阪神地震后既有橋梁的加固和新建橋梁的抗震設(shè)計.因此,對防落梁構(gòu)造的深入研究是十分必要的,選擇適當(dāng)?shù)姆缆淞簶?gòu)造,防患于未然,以比擬少的投資,獲取長遠(yuǎn)的效益.1防落梁裝置主要型式目前,國外防止PC橋落梁的構(gòu)造在日本,臺灣等多地震區(qū)域的橋梁中應(yīng)用比擬廣泛,有著比No.32021朱萬旭等:地震區(qū)簡支梁橋防落梁裝置的設(shè)計式有10多種,以以下舉一些.這種形式可以防止縱,橫向落梁,主要用在防止縱向落梁上,在國外已有了定形產(chǎn)品,被大量使用.這種形式可以防止縱,橫向落梁,主要用在防止橫向落梁上,也是被廣泛使用的一種形式.這種

6、形式可以防止縱,橫向落梁,主要用在防止縱向落梁上,此種形式被大量用在鋼橋上,預(yù)應(yīng)力混凝土橋上用的較少.這種形式可以防止縱向落梁,主要是用在空心板梁和箱梁橋上.這種形式可以防止縱向落梁,主要用在現(xiàn)有橋梁的加固設(shè)計中.一般用來防止縱向落梁.sE為梁端部到下部構(gòu)造的蓋梁或臺帽邊緣的距離.在斜橋,曲線橋,高墩橋梁中,采用將sF值增大,防止上,下部構(gòu)造間較大相對位移所造成的落梁.既有道路,橋梁的總數(shù)1995年130,00O目必須裝落梁防止裝置的橋梁72,00O座可省略落梁防止裝置的橋梁鋼棒,鋼板連接式10%sE增大法1其它5%圖l落梁防止裝置在日本的應(yīng)用情況這種形式以往廣泛用在多跨簡支梁上,防止縱向落梁

7、.這種形式用于防止縱向落梁,是較新形式的落梁防止構(gòu)造,具有柔性大(全方位的自由度),可以取得大的設(shè)計移動量,緩沖性能好,耐久性強等優(yōu)點,是在日本,臺灣等多地震國家,地區(qū)較為常的優(yōu)點是可以根據(jù)彈簧的變形,推測出由于地震面廣,可根據(jù)設(shè)計力的大小,選配相應(yīng)的鋼絞線束拉索.這種形式在日本等國應(yīng)用也比擬普遍,主要用于小型簡支梁,價格較為昂貴.11.帶耗能器的防落梁裝置,其主要有三種:金屬屈服阻尼器型,鉛高阻尼橡膠阻尼器型及活塞式耗能型防落梁裝置.其中16屬一次防落梁構(gòu)造,7l1可與1本等防震技術(shù)先進的國家,拉索式和擋塊,鋼托架式應(yīng)用得較為廣泛.據(jù)1995年的一個統(tǒng)計,全日本在需要裝落梁防止裝置的橋梁中,

8、約有30%安裝了鋼絞線拉索連接式的落梁防止裝置,如圖l所示在我國抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,為防止整I縱,橫向落梁,采取擋塊,錨栓,鋼托架式三震擋塊防止橫向落梁,但在擋塊與梁體之落梁一般只滿足sE值的要求,很少采用其它防落梁構(gòu)造.我國現(xiàn)行的?公路工程抗措施,在編的?公路橋梁抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?(JTJ004.2005)將采用兩水準(zhǔn)的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn).一672021年第3期2落梁防止裝置選擇方法及考前須知對于已建成的橋梁進行加固與對新建橋所選用的防落梁構(gòu)造是不同的,因為有些防落梁構(gòu)造需要在建橋的同時設(shè)置.1.對于已建成的橋,需要加固時,一般采用追加預(yù)應(yīng)力鋼絞線(鋼棒)拉索連接式等二次防落梁裝置.講,對一次防落梁構(gòu)

9、造,只要能滿足抗震要求即可;在可能發(fā)生高烈度地震地區(qū),且橋梁上,下部結(jié)構(gòu)之間可能產(chǎn)生較大相對變位,為防止縱向落梁,目前常用附加有緩沖橡膠等耗能器的預(yù)應(yīng)力鋼絞線(鋼棒)拉索連接式等二次防落梁裝置.3.鋼托架式,抗震擋塊也能用在先張和后張法施工的橋梁上,但其防縱向落梁效果不如防橫板梁和箱梁橋上.在防止橫向落梁方面,常用檔塊式及鋼托架式.1.如果防落梁裝置需埋在橫隔板內(nèi)的時候,橫隔板的厚度要比通常的厚度加厚一些,以提高橫隔板的抗剪能力.2.梁端與背墻連接時,最好在上部結(jié)構(gòu)施工完后,再施工背墻,并安裝防落梁裝置.3.對防落梁裝置的選擇,也要考慮到日后維修,養(yǎng)護是否方便.4.梁內(nèi)開孔時,應(yīng)避開預(yù)應(yīng)力束及

10、主筋位置,對于截面已削弱的,要檢查是否有足夠的平安性,是否需要補強.5.如有必要,對某些裝置需做防銹處理.總之,防落梁裝置的選擇應(yīng)從經(jīng)濟性,耐久性,施工是否易行,是否便于維修,管理等方面加以考慮.3拉索式落梁防止裝置設(shè)計目前,預(yù)應(yīng)力鋼絞線(鋼棒)式落梁防止裝置一68一是:先計算其設(shè)計承載力和設(shè)計移動量,并據(jù)此選定預(yù)應(yīng)力鋼材的大小,再驗算其承載力;如果通過承載力驗算再選緩沖材料,并驗算緩沖材料的抗壓強度,最后還要對橫隔板進行抗剪,抗彎,抗撕裂驗算.在地震作用下,主梁脫座是一種復(fù)雜的動力現(xiàn)象.設(shè)主梁未落座前,作用在拉索上的力可忽略不計;在t=0時刻,梁體一端墜落,拉索上突然加上荷載Rd,并一直作用

11、直到橋梁修復(fù)為止,可推導(dǎo)出,HF=2Rd.實際上梁體脫落時具有一定的初速度,另外為使落梁防止裝置具有一定的平安系數(shù),同時參考國外相關(guān)文獻,建議落梁防止裝置的設(shè)計承載力按式(1)計算:HF=1.5Ra(1)為了防止橋梁上下部結(jié)構(gòu)之間的相對變位過置長度是橋梁上下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超過預(yù)期的相對大變位時,防止上部結(jié)構(gòu)從橋墩頂部脫落而需要確保的梁端到下部結(jié)構(gòu)支承邊緣的距離,其最小值按式(2)和(3)計算,取兩者中的大值:SE=70+UB(2)SE=50+f(3)式中:SE單位為ClTI;uB為大震(等級)時上下部結(jié)構(gòu)之間的最大相對位移(31'/1);f為梁的計算跨徑(m),當(dāng)相鄰的橋梁跨度不同時,應(yīng)按

12、長跨的情況進行計算.為保證在正常使用情況下防落梁裝置不影響橋梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài),同時也應(yīng)保證在未來不可預(yù)見的大震時允許主梁脫座,但能切實防止落梁.因此防落梁裝置開始起作用的間隙s可以按式(4)來計算:SF:CE(4)趼srlcRESNo.3j201:1No.32021朱萬旭等:地震區(qū)簡支梁橋防落梁裝置的設(shè)計式中,cF為設(shè)計系數(shù),通常取0.75,假設(shè)造成損傷支承功能和帶來維修養(yǎng)護困難時,也可取C<0.75.=Py式中:Pa為連接錨索的允許受力(kN);Py為連接錨索的屈服荷載(kN).P=H/nP.式中:P為每組連接錨索的設(shè)計抗地震力;n為連接錨索的組數(shù).如圖2所示,鋼絞線拉索式落梁

13、防止裝置主表1常用的連接索規(guī)格要是連接素(組件為2,7,9),加上彈簧(組件為3,4),緩沖器(組件為5,8),偏向器(組件為6)和保護罩(組件為1,10)4個輔助部件組成.螺釘;10.固定端保護罩(,-j-選).注:(1)設(shè)計時a應(yīng)為螺母厚度20mm;(2)b值為設(shè)計移動量.圖2錒絞線拉索式落梁防止裝置連接錨索分索體和錨具兩局部,索體根據(jù)不同的設(shè)計噸位,采用相應(yīng)的多根鋼絞線;鋼絞線外涂防銹油脂,單根包聚乙烯隔離后,整束再用聚乙規(guī)格DJ20D5Dj10oOJ180DJ310跏500工程構(gòu)成l××××××截面積(ram2)14042O5

14、6o980l6802660索體外徑2349536485103索體單位質(zhì)量(kg/m)1.374.465.699.5416.3O25.34(不包括錨頭)鋼絞線排布拉索的松弛可以由彈簧吸收,可承當(dāng)?shù)卣饡r型兩種方式,基于前者應(yīng)用較多較早,所以采用圓好地壓并,事后能夠恢復(fù).偏向器采用復(fù)合材料制成,要求其材料抗壓,對于地震造成的多方向彎曲,具有導(dǎo)向作用;緩和發(fā)生在連接索的局部彎曲應(yīng)力,并且使錨固部位僅受到軸向力,沒有彎應(yīng)力和剪應(yīng)力.烯管包裹,三層防銹,如表1所示.索體兩端的錨具采取外徑較小的鋼絞線整束擠壓的方式,通過大型的擠壓設(shè)備把錨固管壓制錨固在鋼絞線索的兩端,而后在錨固管開外螺紋,用螺母鎖緊,如圖3

15、所示.緩沖器由高阻尼緩沖橡膠和墊板組成,以緩和地震時強大的沖擊力,設(shè)計其剛度小于支座的2倍.圖3擠壓錨具結(jié)構(gòu)示意保護罩主要是防止水和潮氣等腐蝕介質(zhì)直接進入錨固端.但由于連接錨索是可滑動的,難免會從間隙中滲入潮氣,因此,建議定期翻開檢查.一69特種結(jié)構(gòu)2021年第3期目前,拉索式防落梁裝置已經(jīng)在我國臺灣,陜型.圖4所示為臺灣臺中建國南路高架橋上,使用強度級別為1860MPa光面鋼絞線制拉索,拉索長3350mm,兩端移動式,總移動量030mm.圖5所示為汶川地震后,四川省國道都江堰一映秀公路重建的百花大橋上安裝了DJ160,DJ180兩種規(guī)格的防止落梁裝置,一端移動式.圖4臺中建國路高架橋一圖5四

16、川省國道都江堰一映秀公路百花大橋4小結(jié)我國是一個地震多發(fā)國家,在地震中諸多落梁破壞造成了嚴(yán)重的交通中斷,延緩了救援,損失巨大.應(yīng)當(dāng)充分意識到,在地震區(qū)的橋梁應(yīng)設(shè)置確實可靠的防止落梁設(shè)施,并借鑒國外成功的設(shè)計經(jīng)驗,為我國橋梁結(jié)構(gòu)在強烈地震作用下的平安提供可靠的保障手段.拉索式防落梁裝置作為國外同類功能結(jié)構(gòu)應(yīng)用的主要型式,具有柔性大,可設(shè)計移動量寬,緩沖性能好,耐久性強等優(yōu)點,必將在我國地震區(qū)橋梁建設(shè)中得到廣泛的推廣應(yīng)用.參考文獻2中華人民共和國交通部部標(biāo)準(zhǔn).JTJ004.89,公路工程抗震設(shè)計3SEC株式會社.落橋防止裝置產(chǎn)品樣本,2000樣本,20217朱文正.公路橋梁減,抗震防落梁系統(tǒng)研究D

17、.長安大學(xué)博士論文,20048王衛(wèi)峰.公路橋梁耗能型連梁裝置的研究D.長安大學(xué)碩士論文,20059j汪芳芳.公路橋梁落梁防止裝置的研究D.長安大學(xué)碩士論文,20031O魏洪昌.國外防止PC橋落梁的構(gòu)造及設(shè)計J.公路交通科11朱文正,劉健新.公路橋梁防落梁系統(tǒng)研究現(xiàn)狀評述J.廣比照研究J.同濟大學(xué)(自然科學(xué)版),Vo1.37No.9,落梁防止裝置c.第二屆結(jié)構(gòu)工程新進展國際論壇論文集,2021,中國大連(上接第103頁)7結(jié)語本文采用振動測試與房屋質(zhì)量檢測相結(jié)合的技術(shù),對受迫振動下磚昆結(jié)構(gòu)房屋平安性的評估與檢測進行了初步探討.目前,該技術(shù)已廣泛運打樁振動,強夯振動,機械振動l3J等,但還需要進一步對其進行完善和探索