二、減隔震設(shè)計(jì)
1.設(shè)計(jì)思路
以往在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)師總是過多地強(qiáng)調(diào)強(qiáng)度要求,希望采用的支座可以滿足最大的地震荷載。可是,地震荷載具有很大的偶然性和隨機(jī)性,正常使用極限狀態(tài)下橋墩所承受的荷載與設(shè)計(jì)地震荷載時(shí)橋墩的受力相比是很小的,以本橋?yàn)槔齼H占 3.23%。由此可見,若以設(shè)計(jì)地震荷載來控制橋墩及支座的設(shè)計(jì),在經(jīng)濟(jì)上要增加很高的投入,同時(shí)橋墩也處于十分不利的受力狀態(tài)。
為此,我們將固定支座設(shè)計(jì)為相對固定,即在正常使用極限狀態(tài)和6度地震荷載作用下,固定墩保持正常工作,承擔(dān)汽車制動(dòng)力和一定的地震荷載;而在超過6度地震荷載作用下,釋放固定墩的順橋向約束,使整個(gè)上部結(jié)構(gòu)能夠沿縱橋向滑動(dòng),從而延長了結(jié)構(gòu)的自振周期,以達(dá)到減震耗能的效果。
2.設(shè)計(jì)方案
用改造過的 TPZ 15000- ZX盆式橡膠支座來替找原來的 TPZ 15000- GDZ盆式橡膠支座。TPZ 15000-ZX盆式橡膠支座為縱向滑動(dòng)支座。
在TPZ 15000-雙盆式橡膠支座的縱橋向加限定鋼擋板,用承壓型高強(qiáng)螺栓使之與支座頂板連接,并提供約束反力。這樣,在正常使用極限狀態(tài)和礦地震荷載作用下,支座不滑動(dòng),承受汽車制動(dòng)力和~定的地震荷載。當(dāng)?shù)卣鹚搅χ饾u增加,大于螺栓設(shè)計(jì)荷載時(shí),支座螺栓被剪斷,滑動(dòng)面開始相對滑移。在支座上 100mm處設(shè)置抗震擋塊,以限制支座頂板與底盆的相對位移。
(1)鋼擋板設(shè)計(jì)
在TPZ 15000-ZX盆式橡膠支座的上頂板和下底盆之間加設(shè)兩塊鋼擋板。鋼擋板上部與頂板之間以高強(qiáng)螺栓連接,下部與底盆之間以三面圍焊焊縫相連。鋼擋板的圓弧面與支座鋼盆緊貼,外測±100mm設(shè)抗震擋塊??v橋向的約束力由鋼擋板和高強(qiáng)螺栓共同提供,螺栓被剪斷以后,由抗震擋塊來控制頂板和底盆之間的相對位移。
?。?)高強(qiáng)螺栓設(shè)計(jì)
根據(jù)前述減隔震設(shè)計(jì)思路和支座所需承受的順橋向水平荷載,對高強(qiáng)螺栓進(jìn)行設(shè)計(jì)。
為保證固定墩免于屈服,以固定墩屈服彎矩對應(yīng)的水平剪力為設(shè)計(jì)控制值。固定墩在設(shè)計(jì)軸向荷載作用下,其屈服彎矩為 125800kN.m,對應(yīng)水平剪力為6524kN,每個(gè)支座需提供 3262kN.采用M24,8.8級高強(qiáng)螺栓。
考慮到橋墩在正常使用極限狀態(tài)下的安全性,采用18個(gè)螺栓。螺栓的實(shí)際極限承載能力為 168.82 X 18= 3038.76kN,小于設(shè)計(jì)控制值 6.84%。
3.方案驗(yàn)算
在全橋變?yōu)榭v橋向滑動(dòng)時(shí),將連續(xù)梁簡化為只有7個(gè)自由度的平面結(jié)構(gòu)。
利用自編程序?qū)υ摌蜻M(jìn)行分析,6度地震荷載作用下,固定墩墩底截面的內(nèi)力。
8度地震荷載作用下,固定墩的剪力及彎矩均有大幅度的下降,其中剪力僅為改造前的95.42%,彎矩為改造前的93.56%,這使得橋墩的安全系數(shù)大大提高。同時(shí),主梁的縱向位移及梁。墩的相對位移有所增大,梁體的最大正向位移為 81.4mm,最大負(fù)向位移為13.2mm,但位移幅度仍在支座的允許滑動(dòng)范圍(±100mm)以內(nèi)。
四、結(jié)論
本文根據(jù)減隔振原理對連續(xù)梁橋的固定支座進(jìn)行了減隔震設(shè)計(jì),結(jié)果表明:
(1)在正常使用極限狀態(tài)和地震荷載作用下,固定墩仍處于彈性受力狀態(tài),受力性能得到明顯改善;
(2)梁體的縱向位移及梁、墩的相對位移雖然有所增大,但位移幅度仍在支座的允許范圍內(nèi);
?。?)工程的總體造價(jià)并沒有顯著提高。
采取減隔震措施后,在遭遇到地震時(shí),橋梁的主體結(jié)構(gòu)并沒有破壞,只需在震后對支座的高強(qiáng)螺栓和錨固鋼擋板進(jìn)行更換,從而既滿足了橋梁"小震不壞、中震可修、大震的設(shè)計(jì)要求,又為實(shí)際工程人員所接受,不失為一種切實(shí)可行的辦法。(考試大一級建造師編輯整理)