国内外桥梁延性抗震构造设计比较_图文

1、 # 6# 工程抗震与加固改造 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 对于矩形截面 含箍率 ; u y 2009 年 4 月 s = s = 0 12 A sh , 为矩形截面计算方向的 sh c 为墩 柱塑性铰 截面预期 的曲率延 性系 为强度安全系数 ; m t 数 ; f ck 为混凝土的特征强度 ; = fy , f 为纵筋屈服应力 ; 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 为纵向钢筋配筋 D 900 D 900 ( 31 率。 对于圆形截面, s = 4A b 为圆形截面螺旋箍筋的 sd c 体积配箍率, d c 为截面直径( 按箍筋中心距计算 。 新西兰规范公式采用了 Watson、 Zahn 和 Park 在 1994 年提出的实用计算公式, 把塑性铰区截面的曲 率延性与最低约束箍筋用量直接联系起来 , 并建议 对采用延性结构设计 的桥梁, 曲率延性系 数 ! 至 少应取为 20, 对采用有限延性结构 设计的桥梁, 曲 率延性系数 ! 至少应取为 10。但在新西兰规范计

3、算公式中, 纵向钢筋配筋率越高 , 需要的约束箍筋用 量反而越低 , 与 ATC 32 公式恰好相反。 加州规范考虑了轴压的影响 , 相比 AASHTO 规 范, 加州规范在低轴压比情况下 ( 轴压比小于 0 4 , 对最低约束箍筋用量的要求明显降低了; 但在高轴 压比情况下 ( 轴压比大于 0 4 , 对最低约束 箍筋用 量的要求则提高了。 4 2 3 3 ATC 32 建议的规范公式 3 ( 1 螺旋箍筋或圆形箍筋: 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 螺旋箍筋或圆形箍筋 : 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 分别 为预期的混凝土强度和屈 服应 力, n b 为箍筋包围的纵筋根数

5、, l 为纵筋的配筋率 , A g 为柱子的毛截面积, P 为柱子所受的轴力。 ATC 32 公式同 时考虑了轴压和纵筋含量 的影 响, 认为钢筋混凝土桥墩中纵向钢筋配筋率与塑性 铰区范围的最低约束箍筋用量成线性关系, 纵筋配 筋率越高 , 要求的约束箍筋用量也越高。 4 2 3 4 TNZ 规范公式 ( 1 矩形箍筋 : u s 4 0 12 ( 37 f yh 称之为力学含箍率 ; A c 是混凝土 f !c 截面的毛面积 ; A cc 是截面的核心混凝土面积; ! 是 要求的曲率延性, 规范建议对采用延性结构设计的 桥梁, 曲率延性系数至少应取为 15; k 是轴压比。 Eurocode

6、 8 公式也把桥墩塑性铰区截面的曲率 延性与最低力学含箍率直接联系起来, 但没有考虑 Ag = Ac y - 33 t m + 22 111 f ck P - 0 006 f yh f ck A g ( 34 纵筋的影响。 4 2 3 6 卓卫东建议的公式 ( 1 螺旋箍筋或圆形箍筋 : s 4 ( 2 螺旋箍筋或圆形箍筋: 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 : 国内外桥 梁延性抗震构造设计比较 #7# = 0 1 k + 4 17( k - 0 1 ( t 其中 , !( 为目标位移延性系数 ; f c, n 为混凝土抗压强 0 003 ( 39 度 ; f !ce 为预期的混凝土抗压强度; f ye 为预期的箍筋 屈服强度 ; f y 为预期的纵筋屈服强度; f s, n 为规定的 纵筋屈服强度。 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 为轴压比 ; 为纵向配筋率。 上述公式同时考虑了轴压和纵筋含量的影响 , 并认为在同样体积配箍率的情况下 , 螺旋箍筋或圆 形箍筋的约束效果优于矩形箍筋 , 因此在适用于矩 形箍筋的计算公式上乘以一个较为保守的截面系数 1 4, 就得到了螺旋箍或圆形箍最低约束箍筋用量的 计算公式。 4 2 3 7 Paulay 和 Priestley 在 1992 年提出的简化计 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 为约束有效性参数 ; k 2 = 0 15 1 0; s l 为箍筋所围的纵筋间距 ; s 为箍筋间距; b c 为核心混凝土边长 ( 按箍筋中心距计算 ; 是漂移 率 , 为截面抗弯能力折减 20% 后的墩顶水平位移与 墩柱高度的比值。 日本规范 规定 : 桥 墩横 向箍 筋配 筋 率应 小于 0 018。 Eurocode 8、 Caltrans、 AASHTO 、 ATC 32 都规定: 在 塑性铰区之外 , 箍筋用量不应小于塑性铰区之内约 束钢筋用量的 50% 。 5 延性桥墩塑性

10、铰区长度的规定 桥墩塑性铰区长度用于确定实际施工中延性桥 墩箍筋加密段的长度。各国现行规范都对延性桥墩 的塑性铰区长度作了明确的规定 , 如表 3 中所列。 表 3 各国现行规范关于桥墩 中塑性铰区长度的规定 Table 3 规范名称 AASHTO 规范 Caltrans 规范 ATC 32 规范建 议 Eurocode 8 Length of plastic hinge in pier 塑性铰 区长度 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 规范 max( 2 bmax , l 1 max( 3 bmax , l 2 部颁规范 ( 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 为矩形截面计算方向的约束箍筋面积 ; f !c 和 f yh 分别为混凝土和箍筋的设计强度 ; s 、 hc 、 Ag 和 A c 分别为箍筋间距、 核心混凝土边长 ( 按箍筋中 心距计算 、 总截面积和核心混凝土面积 ( 按箍筋外 围边长计算

12、; P 为轴向压力 ; k 是与塑性铰截面预 期的曲率延性系数 ! 相关的系数 : 当 ! = 10 时, k = 0 25; 当 ! = 20 时, k = 0 35; 其余取值通过线性 插值法或线性外推法确定。 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 , #是考虑了箍筋形状和对纵筋限制约束有效 性的参数; P 是对柱子施加的轴向荷载 ; P 0 是柱子 的抗轴压强度。 4 2 3 9 刘庆华在 1998 年提出的计算公式 # & 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 为力学含箍率; # 为箍筋有效约束 f !c 系数; k 为轴压比 ; % sy 和 % cu 分别为纵筋屈服应变和 无约束混凝土极限压应变。 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 为横截面最大尺寸 , b b 为弯曲方向的截面尺寸 , hc 为 桥 墩净高 , l 0 为弯矩超 过临界截面弯矩 80% 的区段 长度 , l 1 为弯矩 超 过临界截面弯矩 70% 的区段长度, l 2 为弯矩超过临界截面弯矩 60% 的区段长度 , l 3 为弯 矩超过最大塑性 弯矩 75% 的 区段长度 , l 4 为 最 大弯矩点到反 弯点 间的 距离 , k 为轴 压比 , N 0 为桥 墩轴 心 受压 强 度。在 ATC 32 规范建议中 , 规定若桥墩轴压比超过 0 3, 则塑性铰

15、区 长度再增大 50% 。 f s, n - 0 01 sh c ( 43 Vol. 31, No. 2 2009 Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting # 8# 表4 规范名称 工程抗震与加固改造 各国现行规范关于钢筋锚固和搭接的有关规定 Regulation of anchor and overlap for steel bars 钢筋锚固和搭接规定 2009 年 4 月 Table 4 Eurocode 8 AASHTO 规范 Caltrans 规范 ATC 32 箍筋末端必须作成握裹纵筋的 135 弯 钩 , 且伸入混凝土核

16、心的长度不低于 8 倍箍 筋直径。塑性 铰区内螺旋 箍筋接头必须采用机械接头或焊接 , 采用搭接焊时 , 应全强 度焊接。纵向钢筋不应在塑性铰区截面内搭接 纵筋搭接接头只能出现在桥墩高度的中部 , 搭接长度要 求不小 于 60 倍钢筋 直径 , 且不 小于 400mm 。搭接要 求错落分布 , 在同一位置的两帘上不出现搭接。纵向钢筋不应在塑性铰区截面内搭接 纵向钢筋不应在塑性铰区截面内搭接 纵向钢筋不应在塑性铰区截面内搭接 箍筋锚固规定 : 箍筋末端必须作成握裹纵筋的锐角弯钩 , 并可靠 锚固在核心 混凝土内 ; 纵筋搭 接规定 : ( 1 纵 向钢筋不应在塑性铰区截面内搭接 ; ( 2 纵筋

17、需要截断时 , 每 2 根纵筋 中只允 许截断 1 根 ; ( 3 纵筋接 头之间 的距离不得低于其直径的 25 倍 , 也不低于搭接 长度 + 横截面尺 寸 ; 箍 筋搭接规定 : ( 1 箍筋 接头应保 证能发 挥其强度 , 位于塑性铰区内的接头必须采用机械连接或焊接 ; ( 2 箍筋接头必须错开。 需要完全发挥强度的纵向钢筋 , 其在任何位置的接头都应采用焊接 ; 在离塑性铰区截面长度为 D 的 范围内 , 纵筋不应搭接 ; 箍筋末端必须作成握裹 纵筋的 1350 弯钩 , 弯钩 伸入 混凝土 核心 的长 度不低 于 8 倍 ( 光圆钢 筋 或 6 倍 ( 变形钢筋 箍筋直径 ; 箍筋末

18、端重叠弯钩必须焊接 螺旋箍筋接头必须采用焊接 ; 矩形箍筋应有 1350 弯钩 , 并伸入混凝土核心内 在 4 倍塑性铰长度范围内 , 纵向钢筋不应有接头 ; 箍筋末端设成弯钩并深入到桥墩中 , 弯钩形式不同 , 弯后平 直段长度不同。半圆形弯钩 : 8 倍弯曲钢筋直径或 12cm; 锐角弯钩 : 10 倍弯曲钢筋直径 ; 直角弯 钩 : 12 倍弯曲 钢筋直径。弯曲直径至少是箍筋直径的 2 5 倍。箍筋的拼接应该是交错分布的。 Bridge: Provisional Recommendations R . Applied Technology Council( ATC , 1996 4 范立

19、础 , 卓 卫东 . 桥梁延 性抗震 设计 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, 公路工程抗震设计规范 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 , 韦韩 . 国内外 延性抗震设 计的比较 J . 地震工程与工程振动 , 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 规范 部颁规范 ( JTJ 004 89 日本规范 6 延性桥墩中钢筋的锚固与搭接 因钢筋锚固与搭接不当引起的桥梁震害,