國內外橋梁延性抗震構造設計比較_圖文

1、 # 6# 工程抗震與加固改造 0 45 Ag f !c P 0 5 + 1 25 - 1 f !c Ac f yh f !c P 0 5+ 1 25 f yh f !c D 900 D 900 ( 30 對于矩形截面 含箍率 ; u y 2009 年 4 月 s = s = 0 12 A sh , 為矩形截面計算方向的 sh c 為墩 柱塑性鉸 截面預期 的曲率延 性系 為強度安全系數(shù) ; m t 數(shù) ; f ck 為混凝土的特征強度 ; = fy , f 為縱筋屈服應力 ; 0 85f ck y s = ( 2 矩形箍筋 : Ag f !c P 0 30 - 1 0 5 + 1 25 Ac

2、 f yh f !c 0 12 f !c P 0 5+ 1 25 f ! f yh c 為縱向鋼筋配筋 D 900 D 900 ( 31 率。 對于圓形截面, s = 4A b 為圓形截面螺旋箍筋的 sd c 體積配箍率, d c 為截面直徑( 按箍筋中心距計算 。 新西蘭規(guī)范公式采用了 Watson、 Zahn 和 Park 在 1994 年提出的實用計算公式, 把塑性鉸區(qū)截面的曲 率延性與最低約束箍筋用量直接聯(lián)系起來 , 并建議 對采用延性結構設計 的橋梁, 曲率延性系 數(shù) ! 至 少應取為 20, 對采用有限延性結構 設計的橋梁, 曲 率延性系數(shù) ! 至少應取為 10。但在新西蘭規(guī)范計

3、算公式中, 縱向鋼筋配筋率越高 , 需要的約束箍筋用 量反而越低 , 與 ATC 32 公式恰好相反。 加州規(guī)范考慮了軸壓的影響 , 相比 AASHTO 規(guī) 范, 加州規(guī)范在低軸壓比情況下 ( 軸壓比小于 0 4 , 對最低約束箍筋用量的要求明顯降低了; 但在高軸 壓比情況下 ( 軸壓比大于 0 4 , 對最低約束 箍筋用 量的要求則提高了。 4 2 3 3 ATC 32 建議的規(guī)范公式 3 ( 1 螺旋箍筋或圓形箍筋: f !ce P 0 5 + 1 25f ! A s = 0 16 f ye ce g + 0 13( ( 2 矩形箍筋 : f !ce P A sh = 0 12 sh c

4、0 5 + 1 25 f ye f !ce A g + 0 13 sh c ( l l - 0 01 0 0002 n b ( 32 4 2 3 5 Eurocode 8 公式 &wd 7 ( 1 螺旋箍筋或圓形箍筋 : 1 90( 0 15+ 0 01 ! Ac ( - 0 08 A cc k ( 2 矩形箍筋: &wd 1 30( 0 15+ 0 01 ! Ac ( k - 0 08 A cc 其中 , &wd = s 0 18 ( 36 - 0 01 ( 33 式中 f !ce 和 f ve 分別 為預期的混凝土強度和屈 服應 力, n b 為箍筋包圍的縱筋根數(shù)

5、, l 為縱筋的配筋率 , A g 為柱子的毛截面積, P 為柱子所受的軸力。 ATC 32 公式同 時考慮了軸壓和縱筋含量 的影 響, 認為鋼筋混凝土橋墩中縱向鋼筋配筋率與塑性 鉸區(qū)范圍的最低約束箍筋用量成線性關系, 縱筋配 筋率越高 , 要求的約束箍筋用量也越高。 4 2 3 4 TNZ 規(guī)范公式 ( 1 矩形箍筋 : u s 4 0 12 ( 37 f yh 稱之為力學含箍率 ; A c 是混凝土 f !c 截面的毛面積 ; A cc 是截面的核心混凝土面積; ! 是 要求的曲率延性, 規(guī)范建議對采用延性結構設計的 橋梁, 曲率延性系數(shù)至少應取為 15; k 是軸壓比。 Eurocode

6、 8 公式也把橋墩塑性鉸區(qū)截面的曲率 延性與最低力學含箍率直接聯(lián)系起來, 但沒有考慮 Ag = Ac y - 33 t m + 22 111 f ck P - 0 006 f yh f ck A g ( 34 縱筋的影響。 4 2 3 6 卓衛(wèi)東建議的公式 ( 1 螺旋箍筋或圓形箍筋 : s 4 ( 2 螺旋箍筋或圓形箍筋: u s = 0 14 k + 5 84( k - 0 1 ( t Ag = 1 4A c y - 33 t m + 22 111 f ck P f yh f ck A g - 0 008 ( 35 - 0 01 + 0 028 fc f yh 0 004 ( 38 ( 2

7、 矩形箍筋: Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting April 2009 第 31 卷第 2 期 s 薛瑞杰 , 等 : 國內外橋 梁延性抗震構造設計比較 #7# = 0 1 k + 4 17( k - 0 1 ( t 其中 , !( 為目標位移延性系數(shù) ; f c, n 為混凝土抗壓強 0 003 ( 39 度 ; f !ce 為預期的混凝土抗壓強度; f ye 為預期的箍筋 屈服強度 ; f y 為預期的縱筋屈服強度; f s, n 為規(guī)定的 縱筋屈服強度。 4 2 3 11 Saatcioglu 和 Razvi 在 2002

8、年提出的公式 A sh = 14 f !c A g - 1 f yh A c 1 P sh c k2 P 0 bc s ( 44 bc sl - 0 01 + 0 02 t fc f yh 其中 , k 為軸壓比 ; 為縱向配筋率。 上述公式同時考慮了軸壓和縱筋含量的影響 , 并認為在同樣體積配箍率的情況下 , 螺旋箍筋或圓 形箍筋的約束效果優(yōu)于矩形箍筋 , 因此在適用于矩 形箍筋的計算公式上乘以一個較為保守的截面系數(shù) 1 4, 就得到了螺旋箍或圓形箍最低約束箍筋用量的 計算公式。 4 2 3 7 Paulay 和 Priestley 在 1992 年提出的簡化計 算公式 f !c A g P

9、 - 0 08 A sh = ksh c f yh A c f !c A g ( 40 其中 , k 2 為約束有效性參數(shù) ; k 2 = 0 15 1 0; s l 為箍筋所圍的縱筋間距 ; s 為箍筋間距; b c 為核心混凝土邊長 ( 按箍筋中心距計算 ; 是漂移 率 , 為截面抗彎能力折減 20% 后的墩頂水平位移與 墩柱高度的比值。 日本規(guī)范 規(guī)定 : 橋 墩橫 向箍 筋配 筋 率應 小于 0 018。 Eurocode 8、 Caltrans、 AASHTO 、 ATC 32 都規(guī)定: 在 塑性鉸區(qū)之外 , 箍筋用量不應小于塑性鉸區(qū)之內約 束鋼筋用量的 50% 。 5 延性橋墩塑性

10、鉸區(qū)長度的規(guī)定 橋墩塑性鉸區(qū)長度用于確定實際施工中延性橋 墩箍筋加密段的長度。各國現(xiàn)行規(guī)范都對延性橋墩 的塑性鉸區(qū)長度作了明確的規(guī)定 , 如表 3 中所列。 表 3 各國現(xiàn)行規(guī)范關于橋墩 中塑性鉸區(qū)長度的規(guī)定 Table 3 規(guī)范名稱 AASHTO 規(guī)范 Caltrans 規(guī)范 ATC 32 規(guī)范建 議 Eurocode 8 Length of plastic hinge in pier 塑性鉸 區(qū)長度 max( bmax , 1 6 h c , 457mm max( 1 5 bb , l 3 , 0 25 l 4 max( bmax , 1 6 h c , 610mm, l 0 max( b

11、max , l 0 1 5max( bmax , l 0 max( b max , l 0 TNZ 規(guī)范 max( 2 bmax , l 1 max( 3 bmax , l 2 部頒規(guī)范 ( JTJ 004 89 k 0 3 0 3< k 0 6 k 0 25 0 25< k 0 5 0 5< k 0 7 N 0 上式中, A sh 為矩形截面計算方向的約束箍筋面積 ; f !c 和 f yh 分別為混凝土和箍筋的設計強度 ; s 、 hc 、 Ag 和 A c 分別為箍筋間距、 核心混凝土邊長 ( 按箍筋中 心距計算 、 總截面積和核心混凝土面積 ( 按箍筋外 圍邊長計算

12、; P 為軸向壓力 ; k 是與塑性鉸截面預 期的曲率延性系數(shù) ! 相關的系數(shù) : 當 ! = 10 時, k = 0 25; 當 ! = 20 時, k = 0 35; 其余取值通過線性 插值法或線性外推法確定。 4 2 3 8 Sheikh 和 Khoury 在 1997 年提出的公式 1 15 5 ( ! P A sh = # 1+ 13 P A sh, c ( 41 0 29 其中 , #是考慮了箍筋形狀和對縱筋限制約束有效 性的參數(shù); P 是對柱子施加的軸向荷載 ; P 0 是柱子 的抗軸壓強度。 4 2 3 9 劉慶華在 1998 年提出的計算公式 # & w = 7 6!

13、 k% sy ( 1 3+ 2 8 kAc Ag 7 6! k% su ( 2 1+ 1 4 kAc Ag 0 1 k < 0 5 0 1 k < 0 5 ( 42 其中 , &w = s f yh 為力學含箍率; # 為箍筋有效約束 f !c 系數(shù); k 為軸壓比 ; % sy 和 % cu 分別為縱筋屈服應變和 無約束混凝土極限壓應變。 4 2 3 10 Wehbe 、 Saiidl 和 Sanders 在 1999 年提出的 公式 A sh = 0 1 !( + 0 13 f c, n f !ce P 0 5+ 1 25 0 12 f !ce A g f !ce f

14、ye fy g max( bmax , 1 6 h c , 500mm 注 : 表中 b max 為橫截面最大尺寸 , b b 為彎曲方向的截面尺寸 , hc 為 橋 墩凈高 , l 0 為彎矩超 過臨界截面彎矩 80% 的區(qū)段 長度 , l 1 為彎矩 超 過臨界截面彎矩 70% 的區(qū)段長度, l 2 為彎矩超過臨界截面彎矩 60% 的區(qū)段長度 , l 3 為彎 矩超過最大塑性 彎矩 75% 的 區(qū)段長度 , l 4 為 最 大彎矩點到反 彎點 間的 距離 , k 為軸 壓比 , N 0 為橋 墩軸 心 受壓 強 度。在 ATC 32 規(guī)范建議中 , 規(guī)定若橋墩軸壓比超過 0 3, 則塑性鉸

15、區(qū) 長度再增大 50% 。 f s, n - 0 01 sh c ( 43 Vol. 31, No. 2 2009 Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting # 8# 表4 規(guī)范名稱 工程抗震與加固改造 各國現(xiàn)行規(guī)范關于鋼筋錨固和搭接的有關規(guī)定 Regulation of anchor and overlap for steel bars 鋼筋錨固和搭接規(guī)定 2009 年 4 月 Table 4 Eurocode 8 AASHTO 規(guī)范 Caltrans 規(guī)范 ATC 32 箍筋末端必須作成握裹縱筋的 135 彎 鉤 , 且伸入混凝土核

16、心的長度不低于 8 倍箍 筋直徑。塑性 鉸區(qū)內螺旋 箍筋接頭必須采用機械接頭或焊接 , 采用搭接焊時 , 應全強 度焊接?？v向鋼筋不應在塑性鉸區(qū)截面內搭接 縱筋搭接接頭只能出現(xiàn)在橋墩高度的中部 , 搭接長度要 求不小 于 60 倍鋼筋 直徑 , 且不 小于 400mm 。搭接要 求錯落分布 , 在同一位置的兩簾上不出現(xiàn)搭接?？v向鋼筋不應在塑性鉸區(qū)截面內搭接 縱向鋼筋不應在塑性鉸區(qū)截面內搭接 縱向鋼筋不應在塑性鉸區(qū)截面內搭接 箍筋錨固規(guī)定 : 箍筋末端必須作成握裹縱筋的銳角彎鉤 , 并可靠 錨固在核心 混凝土內 ; 縱筋搭 接規(guī)定 : ( 1 縱 向鋼筋不應在塑性鉸區(qū)截面內搭接 ; ( 2 縱筋

17、需要截斷時 , 每 2 根縱筋 中只允 許截斷 1 根 ; ( 3 縱筋接 頭之間 的距離不得低于其直徑的 25 倍 , 也不低于搭接 長度 + 橫截面尺 寸 ; 箍 筋搭接規(guī)定 : ( 1 箍筋 接頭應保 證能發(fā) 揮其強度 , 位于塑性鉸區(qū)內的接頭必須采用機械連接或焊接 ; ( 2 箍筋接頭必須錯開。 需要完全發(fā)揮強度的縱向鋼筋 , 其在任何位置的接頭都應采用焊接 ; 在離塑性鉸區(qū)截面長度為 D 的 范圍內 , 縱筋不應搭接 ; 箍筋末端必須作成握裹 縱筋的 1350 彎鉤 , 彎鉤 伸入 混凝土 核心 的長 度不低 于 8 倍 ( 光圓鋼 筋 或 6 倍 ( 變形鋼筋 箍筋直徑 ; 箍筋末

18、端重疊彎鉤必須焊接 螺旋箍筋接頭必須采用焊接 ; 矩形箍筋應有 1350 彎鉤 , 并伸入混凝土核心內 在 4 倍塑性鉸長度范圍內 , 縱向鋼筋不應有接頭 ; 箍筋末端設成彎鉤并深入到橋墩中 , 彎鉤形式不同 , 彎后平 直段長度不同。半圓形彎鉤 : 8 倍彎曲鋼筋直徑或 12cm; 銳角彎鉤 : 10 倍彎曲鋼筋直徑 ; 直角彎 鉤 : 12 倍彎曲 鋼筋直徑。彎曲直徑至少是箍筋直徑的 2 5 倍。箍筋的拼接應該是交錯分布的。 Bridge: Provisional Recommendations R . Applied Technology Council( ATC , 1996 4 范立

19、礎 , 卓 衛(wèi)東 . 橋梁延 性抗震 設計 M . 北京 : 人 民 交通出版社 , 2001 Fan Li chu, Zhuo Wei dong. Ductility Seismic Design of BridgesM . Beijing: People s Communications Publishing House, 2001( in Chinese 5 Mo Y L, ASCE M, Nien I C. Seismic Performance of Hollow High Strength Concrete Bridge Columns J . Journal of Bridge

20、Engineering, 2002, 7( 6 : 338 349 6 JTJ 004 89, 公路工程抗震設計規(guī)范 S JTJ 004 89, Standard of M inistry of Communications P. R. China: Specifications of Earthquake Resistant Design for Highway Engineering S ( in Chinese 7 8 Eurocode 8 Design Provisions for Earthquake Resistance of Structures Part 2: Bridges

21、S 王克海 , 李茜 , 韋韓 . 國內外 延性抗震設 計的比較 J . 地震工程與工程振動 , 2006, 26( 3 : 70 73 Wang Ke hai, Li Qian, Wei Han. Comparing Overseas and Inland Specifications for Ductility Seismic Design J . Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2006, 26 ( 3 : 70 73( in Chinese California: 0 JSCE TNZ 規(guī)范 部頒規(guī)范 ( JTJ 004 89 日本規(guī)范 6 延性橋墩中鋼筋的錨固與搭接 因鋼筋錨固與搭接不當引起的橋梁震害,