【正文】 和自重荷載效應(yīng)組合后，按現(xiàn)行的公路橋涵設(shè)計規(guī)范有關(guān)偏心受壓構(gòu)件的規(guī)定進(jìn)行驗算。 地震作用下，矮墩的主要破壞模式為剪切破壞，為脆性破壞，沒有延性。因此E2地震作用效應(yīng)和永久荷載效應(yīng)組合后，應(yīng)按現(xiàn)行的公路橋涵設(shè)計規(guī)范相應(yīng)的規(guī)范驗算橋墩的強(qiáng)度。 AASHTO Guide Specifications for LRFD Seismic Bridge Design 》的相關(guān)規(guī)定。 ，梁式橋、高架橋梁墩柱具有足夠的變形能力而不發(fā)生倒塌，應(yīng)檢算墩柱位移能力或塑性鉸區(qū)域塑性轉(zhuǎn)動能力。 (見圖71)，塑性鉸的長度為，則塑性鉸的極限塑性轉(zhuǎn)角為: (7) a b 圖71 曲率分模式: a 相應(yīng)于鋼筋屈服。 b 相應(yīng)于極限曲率 等效塑性鉸長度同塑性變形的發(fā)展和極限壓應(yīng)變有很大的關(guān)系，由于實驗結(jié)果離散性很大，目前主要用經(jīng)驗公式來確定。歐洲規(guī)范和美國加州抗震設(shè)計規(guī)范規(guī)定取以下兩式計算的較小值: (7)時墩定的塑性位移為: 而相應(yīng)于塑性鉸區(qū)域屈服時的位移為: 由以上2式可得單柱墩墩頂相應(yīng)于塑性鉸區(qū)域達(dá)到塑性轉(zhuǎn)動能力時的位移能力為: ，由于很難根據(jù)塑性鉸轉(zhuǎn)動能力直接給出計算墩頂?shù)娜菰S位移的計算公式，建議采用非線性靜力分析方法(Pushover)，計算墩頂容許位移。 ，通過截面的彎矩,曲率分析來得到，截面的彎矩,曲率關(guān)系曲線，可采用條帶法(圖72)計算，其基本假定為: 1 平截面假定。 2 剪切應(yīng)變的影響忽略不計。 3 鋼筋和混凝土之間無滑移現(xiàn)象。 4 采用前述的鋼筋和混凝土的應(yīng)力,應(yīng)變關(guān)系。 用條帶法求彎矩,曲率關(guān)系時有兩種方法，即逐級加荷載法和逐級加變形法。逐級加荷載法的主要問題是每改變一次荷載，截面曲率和應(yīng)變都要同時改變,而且加載到最大彎矩之后，曲線進(jìn)入軟化段，很難確定相應(yīng)的曲率和應(yīng)變。所以一般采用逐級加變形法。 a b 圖7 計算簡圖 約束混凝土的極限壓應(yīng)變，定義為橫向約束箍筋開始發(fā)生斷裂時的混凝土壓應(yīng)變，可由橫向約束鋼筋達(dá)到最大應(yīng)力時所釋放的總應(yīng)變能與混凝土由于橫向鋼筋的約束作用而吸收的能量相等的條件進(jìn)行推導(dǎo)。美國Mander給出的混凝土極限壓應(yīng)變的保守估計為: (7) 地震中大量鋼筋混凝土墩柱的剪切破壞表明:在墩柱塑性鉸區(qū)域由于彎曲延性增加會使混凝土所提供的抗剪強(qiáng)度降低。為此，各國對墩柱塑性鉸區(qū)域的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行了許多研究，美國ACI,319,89 ，不考慮混凝土的抗剪能力，新西蘭規(guī)范NZS,，不考慮混凝土的抗剪能力。而我國《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》(JTJ004,89)沒有對地震荷載作用下的鋼筋混凝土墩柱抗剪設(shè)計作出特別的規(guī)定，工程設(shè)計中缺乏有效的依據(jù)，只能套用普通設(shè)計中采用的斜截面強(qiáng)度設(shè)計公式來進(jìn)行設(shè)計和校核，存在較大缺陷。因此，采用《美國加州抗震設(shè)計準(zhǔn)則》(2000年版)的抗剪計算公式，但對其混凝土提供抗剪能力計算公式進(jìn)行了簡化，具體如下。 《美國加州抗震設(shè)計準(zhǔn)則》(2000年版)的抗剪計算公式中塑性鉸區(qū)域內(nèi)混凝土提供的名義抗剪應(yīng)力為: (Mpa) (7) 上式中，為混凝土圓柱體抗壓強(qiáng)度， ,為系數(shù)，按下式計算: 75) (7) 其中:為結(jié)構(gòu)的位移延性。 為了簡化計算，保守的取, 、蓋梁以及梁體為能力保護(hù)構(gòu)件墩柱的抗剪。為了保證其抗震安全要求其E2地震下基本不發(fā)生損傷?？蓞⒄宅F(xiàn)行公路橋涵設(shè)計規(guī)范相進(jìn)行驗算。 , 延性構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計 墩柱結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施 (1)用于約束塑性鉸區(qū)域內(nèi)混凝土，提高混凝土的抗壓強(qiáng)度和延性。(2)提供抗剪能力。(3)防止縱向鋼筋壓曲。在處理橫向鋼筋的細(xì)部構(gòu)造時需特別注意。 由于表層混凝土保護(hù)層不受橫向鋼筋約束，在地震作用下會剝落，這層混凝土不能為橫向鋼筋提供錨固。因此，所有箍筋都應(yīng)采用等強(qiáng)度焊接來閉合，或者在端部彎過縱向鋼筋到混凝土核心內(nèi)，角度至少為135。 為了防止縱向受壓鋼筋的的屈曲，矩形箍筋和螺旋箍筋的間距不應(yīng)過大，Priestley通過分析提出，建議箍筋之間的間距應(yīng)滿足: (81) 式中，和 分別為縱筋向鋼筋的屈服強(qiáng)度和強(qiáng)化強(qiáng)度。為縱筋的直徑。 。表81為美國AASHTO范規(guī)，歐洲規(guī)范Eurocode 8，原《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》(JTJ89)及建筑抗震設(shè)計規(guī)范對橫向鋼筋最小配筋率的具體規(guī)定。同濟(jì)大學(xué)通過大量的試驗和分析，結(jié)合我國的實際情況，對橫向鋼筋最小配筋率進(jìn)行了研究，并提出了相應(yīng)的計算公式: 圓形截面 (82) 矩形截面 (83) 式中 若假定鋼筋混凝土墩柱為矩形截面，混凝土的標(biāo)號為30號，箍筋的屈服應(yīng)力為240Mpa，保護(hù)層混凝土厚度與截面尺寸之比為1/20，則各國規(guī)范規(guī)定的最小配筋率和軸壓比的關(guān)系如圖81。表81 各國規(guī)范對橫向構(gòu)造的規(guī)定 美國AASHTO范規(guī) 或 或 歐洲規(guī)范Eurocode 8 或 或 公路工程抗震設(shè)計規(guī)范 順橋和橫橋方向含箍率 建筑抗震規(guī)范 表中，Ag，Ahe 分別為墩柱橫截面的面積和核心混凝土面積(按箍筋外圍邊長計算)。fc’為混凝土強(qiáng)度，fyh箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計值。 s對于矩形截面為截面計算方向的含箍率，對于圓形截面為截面螺旋箍筋的體積配箍率, 為最小配箍特征值。 wd 為力學(xué)含箍率。 為截面曲率延性。 k 為截面軸壓比。 圖81 試驗研究表明:沿截面布置若干適當(dāng)分布的縱筋，縱筋和箍筋形成一整體骨架(如圖)，當(dāng)混凝土縱向受壓，橫向膨脹時，縱向鋼筋也會受到混凝土的壓力，這時箍筋給予縱向鋼筋約束作用。因此，為了確保對核芯混凝土的約束作用，墩柱的縱向配筋宜對稱配筋，縱向鋼筋之間的距離不應(yīng)超過20cm,至少每隔一根宜用箍筋或拉筋固定。 縱向鋼筋對約束混凝土墩柱的延性有較大影響，因此，延性墩柱中縱向鋼筋含量不應(yīng)太低。重慶交通科研設(shè)計院通過大量的理論計算和試驗研究表明，如果縱向鋼筋含量低，即使箍筋含量較低，墩柱也會表現(xiàn)出良好的延性能力，但此時結(jié)構(gòu)在地震作用下對延性的需求也會很大，因此，這種情況對結(jié)構(gòu)抗震也是不利的。但縱向鋼筋的含量太高，不利施工，另外，縱向鋼筋含量過高還會影響墩柱的延性，所以縱向鋼筋的含量應(yīng)有一上限。各國抗震設(shè)計規(guī)范都對墩柱縱向最小、最大配筋率進(jìn)性了規(guī)定:其中美國AASHTO規(guī)范(2004年版) 。 。我國公路抗震設(shè)計規(guī)范)，對最大配筋率沒有規(guī)定。這里根據(jù)我國橋梁結(jié)構(gòu)的具體情況， 。 圖8 柱中橫向和縱向鋼筋的約束作用 ，縱向鋼筋不發(fā)生粘結(jié)破壞，墩柱的縱筋應(yīng)盡可能地延伸至蓋梁和承臺的另一側(cè)面，縱筋的錨固和搭接長度應(yīng)在按現(xiàn)行《公路橋涵設(shè)計規(guī)范》的要求基礎(chǔ)上增加10，為縱筋的直徑，不應(yīng)在塑性鉸區(qū)域進(jìn)行縱筋的搭接。 《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》JTJ004,89的有關(guān)規(guī)定。 橋梁減隔震設(shè)計 1 一般規(guī)定 . 在橋梁抗震設(shè)計中，引入隔震技術(shù)的目的就是利用隔震裝置在滿足正常使用功能要求的前提下，達(dá)到延長結(jié)構(gòu)周期消耗地震能量降低結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。因此，對于橋梁的隔震設(shè)計，最重要的因素就是設(shè)計合理、可靠的隔震裝置并使其在結(jié)構(gòu)抗震中充分發(fā)揮作用，即橋梁結(jié)構(gòu)的大部分耗能、塑性變形應(yīng)集中于這些裝置，允許這些裝置在E2地震作用下發(fā)生大的塑性變形和存在一定的殘余位移，而結(jié)構(gòu)其它構(gòu)件的響應(yīng)基本為彈性或有限塑性。 但是，隔震技術(shù)并不是在任何情況下均適用。對于基礎(chǔ)土層不穩(wěn)定，易于發(fā)生液化的場地。下部結(jié)構(gòu)剛度小，橋梁結(jié)構(gòu)本身的基本振動周期比較長。位于場地特征周期比較長，延長周期可能引起地基與橋梁結(jié)構(gòu)共振以及支座中出現(xiàn)較大負(fù)反力等情況，不宜采用隔震技術(shù)。 ，即使在E2地震作用下，橋梁的耗能部位位于橋梁上、下部連接構(gòu)件(支座、耗能裝置)。上部結(jié)構(gòu)、橋墩和基礎(chǔ)不受損傷、基本在彈性工作范圍，因此沒有必要再進(jìn)行E1地震作用下的計算。 橋梁減隔震設(shè)計是通過延長結(jié)構(gòu)的基本周期，避開地震能量集中的范圍，從而降低結(jié)構(gòu)的地震力。但延長結(jié)構(gòu)周期的同時，必然使得結(jié)構(gòu)比較柔，從而可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在正常使用荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生有害振動，因此要求隔震結(jié)構(gòu)應(yīng)具有一定的剛度和屈服強(qiáng)度，保證在正常使用荷載下(如風(fēng)，制動力等)結(jié)構(gòu)不發(fā)生有害屈服和振動。 同時，采用減隔震設(shè)計的橋梁通常結(jié)構(gòu)的變形比不采用減隔震技術(shù)的橋梁大，為了確保隔震橋梁在地震作用下的預(yù)期性能，在相鄰上部結(jié)構(gòu)之間應(yīng)設(shè)置足夠的間隙，且必須對伸縮縫裝置、相鄰梁間限位裝置、防落梁裝置等進(jìn)行合理的設(shè)計，并對施工質(zhì)量給予明確規(guī)定。. 從橋梁減隔震設(shè)計的原理知，減隔震橋梁抗震的主要構(gòu)件是減隔震裝置，而且，在地震中允許這些構(gòu)件發(fā)生損傷。這就要求減隔震裝置性能可靠，且震后可對這些構(gòu)件進(jìn)行維護(hù)。此外，為了確保減隔震裝置在地震中能夠發(fā)揮應(yīng)有的作用，也必須對其進(jìn)行定期的檢查和維護(hù)。?”的相關(guān)規(guī)定。 減隔震橋梁 對于比較規(guī)則的減隔震橋梁，其地震反應(yīng)可以用單自由度模型代表，可采用單自由度反應(yīng)譜分析。但一定要注意，反應(yīng)譜方法計算時，應(yīng)采用等效剛度、等效阻尼。 一般情況下，減隔震裝置的恢復(fù)力模型可以用雙線性模型代表，其主要設(shè)計參數(shù)有:特征強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、屈服位移和屈后剛度，根據(jù)這些參數(shù)可以計算和減隔震裝置在地震作用下的位移，可以計算等效剛度和等效阻尼比。 ，采用反應(yīng)譜分析時，隔震裝置的等效剛度、等效阻尼比隨隔震裝置變形不同而變化，因此，當(dāng)考慮隔震裝置的非線性滯回特性時需要用迭代法求解地震反應(yīng)。此外，目前規(guī)范大多數(shù)是針對普通橋梁的抗震設(shè)計給出設(shè)計譜的規(guī)定，即設(shè)計譜是針對阻尼比為5%給出的。但對于隔震橋梁，隔震裝置處的耗能能力大，而其它耗能機(jī)理所耗能量相對比較少，導(dǎo)致整個體系耗能能力不在均勻，因此，隔震橋梁各振動周期對應(yīng)阻尼比是不相同的，基本周期(有時稱為隔震周期)的阻尼比一般比較大，約10,20%，有時甚至更高，這就要求在反應(yīng)譜分析過程中一方面要考慮不同振動模態(tài)采用不同的阻尼比，另一方面需考慮不同阻尼比對反應(yīng)譜值的修正。 減隔震橋梁抗震驗算 ，《Guide Specifications for Seismic Isolation Design》相關(guān)規(guī)定。 ，必須具有要求的預(yù)期性能。因此，橋梁抗震設(shè)計1一般規(guī)定 . 近年來，我國修建了大量斜拉橋、懸索橋和跨度150米以上的梁橋和拱橋。但由于這些橋型的，本只給出一些抗震設(shè)計原則。. 國內(nèi)外的研究表明，地面運動的空間變化特性，包括行波效應(yīng)、部分相干效應(yīng)以及局部場地效應(yīng)，對特大跨度橋梁的抗震分析影響較大，而且也非常復(fù)雜，對不同類型的橋梁可能得到完全不同的結(jié)果，因此，有條件時進(jìn)行多點非一致激勵的抗震分析。 ，上部結(jié)構(gòu)的慣性力通過基礎(chǔ)反饋給地基，使地基產(chǎn)生變形。在較硬的土層中，這種變形遠(yuǎn)小于地震波產(chǎn)生的變形。因此，當(dāng)橋梁建在堅硬的地基上時，往往用剛性地基模型進(jìn)行抗震分析，這種假設(shè)也是基本上符合實際的。但當(dāng)橋梁建在軟弱土層上時，地基的變形會使橋梁上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生移動和擺動，從而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的實際運動和按剛性地基模型假設(shè)進(jìn)行抗震分析的計算結(jié)果之間有較大的差異。這是由地基和結(jié)構(gòu)的相互作用引起的。 樁基礎(chǔ)是建于軟弱土層中的橋梁最常用的基礎(chǔ)形式。樁土結(jié)構(gòu)動力相互作用使結(jié)構(gòu)的動力特性、阻尼和地震反應(yīng)發(fā)生改變，而忽略這種改變的抗震分析可能導(dǎo)致較大的誤差，并導(dǎo)致不安全的抗震設(shè)計。因此，進(jìn)行樁基礎(chǔ)特殊橋梁的抗震分析時，應(yīng)考慮樁土結(jié)構(gòu)動力相互作用。 2 抗震概念設(shè)計 一個良好的抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)能使各部分結(jié)構(gòu)合理地分擔(dān)地震力，這樣，各部分結(jié)構(gòu)都能充分發(fā)揮自身的抗震能力，對保證橋梁結(jié)構(gòu)的整體抗震性能比較有利。采用對稱的結(jié)構(gòu)形式是有利于各部分結(jié)構(gòu)合理分擔(dān)地震力的一個措施。 . 斜拉橋的抗震性能主要取決于結(jié)構(gòu)體系。在地震作用下，塔、梁固結(jié)體系斜拉橋的塔柱內(nèi)力與所有其他體系相比是最大的，在烈度較高的地區(qū)要避免采用。飄浮體系的塔柱內(nèi)力反應(yīng)較小，因此在烈度較高的地區(qū)應(yīng)優(yōu)先考慮，但飄浮體系可能導(dǎo)致過大的位移反應(yīng)。這時，可在塔與梁之間增設(shè)彈性約束裝置或阻尼約束裝置，形成塔、梁彈性約束體系或阻尼約束體系，以有效降低地震位移反應(yīng)。 ，不僅在拱平面內(nèi)受彎，而且還在拱平面外受扭，當(dāng)?shù)鼗捎趶?qiáng)烈地震產(chǎn)生不均勻沉陷時，主拱圈還會發(fā)生斜向扭轉(zhuǎn)和斜向剪切。因此，大跨徑拱橋的主拱圈宜采用抗扭剛度較大、整體性較好的斷面型式。一般以采用箱形拱、板拱等閉合式斷面為宜，不宜采用開口斷面。當(dāng)采用肋拱時，不宜采用石肋或混凝土肋，宜采用鋼筋混凝土肋，并加強(qiáng)拱肋之間的橫向聯(lián)系，以提高主拱圈的橫向剛度和整體性。 在拱平面內(nèi)，從拱橋的振動特性看，拱圈與拱上建筑之間振動變形的不協(xié)調(diào)性將更加突出。為了消除或減少這種振動變形的不協(xié)調(diào)，宜在拱上立柱或立墻端設(shè)鉸，允許這些部位有一些轉(zhuǎn)動或變形。 ，為了保證大跨度拱橋不發(fā)生側(cè)向失穩(wěn)破壞，應(yīng)采取提高拱橋整體性和穩(wěn)定性的措施。如下承式和中承式拱橋設(shè)置風(fēng)撐，并加強(qiáng)端橫梁剛度。上承式拱橋加強(qiáng)拱腳部位的橫向聯(lián)系。 3 建模與分析原則 ，因此地震反應(yīng)也比較復(fù)雜，如高階振型的影響不可忽略，多點非一致激勵(包括行波效應(yīng))的影響可能較大等等。在地震中較易遭受破壞的細(xì)部結(jié)構(gòu)，其地震反應(yīng)往往是由高階振型的貢獻(xiàn)起控制作用的。 反應(yīng)譜方法概念簡單、計算方便、可以用較少的計算量獲得結(jié)構(gòu)的最大反應(yīng)值。但是，反應(yīng)譜法是線彈性分析方法，不能考慮各種非線性因素的影響，當(dāng)非線性因素的影響顯著時，反應(yīng)譜法可能得不到正確的結(jié)果，或判斷不出結(jié)構(gòu)真正的薄弱部位。因此，反應(yīng)譜方法只能作為一種估算方法，或一種校核手段。 國內(nèi)外大多數(shù)工程抗震設(shè)計規(guī)范中都指出，對于復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析，應(yīng)采用動態(tài)時程分析法。動態(tài)時程分析法可以精細(xì)地考慮樁土結(jié)構(gòu)相互作用、地震動的空間變化的影響、結(jié)構(gòu)的各種非線性因素(包括幾何、材料、邊界連接條件非線性)以及分塊阻尼等問題。所以，時程分析法一般認(rèn)為是精細(xì)的計算方法，但時程分析法的結(jié)果，依賴于地震輸入，如地震輸入選擇不好，也會導(dǎo)致結(jié)果偏小。目前，時程分析的選波原則和選用的波的條數(shù)等問題國內(nèi)外都還沒有形成統(tǒng)一的認(rèn)識。因此，時程分析的結(jié)果須與反應(yīng)譜法相互校核，并且時程分析結(jié)果應(yīng)不小于反應(yīng)譜法分析結(jié)果的80%。 。特殊橋梁大多是柔性結(jié)構(gòu)，第一階振型的周期往往較長。因此特殊橋梁的地震反應(yīng)中，第一階振型的貢獻(xiàn)非常重要，因此提供的地震加速度時程或反應(yīng)譜曲線的頻譜含量應(yīng)包括第一階自振周期在內(nèi)的長周期成份。 ，以及邊界連接條件決定了結(jié)構(gòu)本身的動力特性。因此，在大跨