【橋梁抗震新構(gòu)造設(shè)想】橋梁構(gòu)造師中世紀(jì)攻略
發(fā)布時(shí)間:2020-02-15 來源: 人生感悟 點(diǎn)擊:
提出了在橋梁墩頂用鋼絞線將結(jié)構(gòu)兩邊對稱拉住的新型抗橫力結(jié)構(gòu),用結(jié)構(gòu)理論和相應(yīng)的規(guī)范進(jìn)行了驗(yàn)證,使橋梁基本在不增加造價(jià)的情況下抵抗住罕遇大地震。 1. 問題的提出
結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的三水準(zhǔn)目標(biāo)是“小震不壞,中震可修,大震不倒”,即在遭遇50年內(nèi)超越概率約63%的地震烈度,結(jié)構(gòu)處于正常使用狀態(tài),為彈性體系;遭遇超越概率約10%的烈度,結(jié)構(gòu)進(jìn)入非彈性工作階段,但變形或體系的損壞控制在可修復(fù)的范圍;遭遇超越概率2%~3%的烈度,結(jié)構(gòu)有較大的非彈性變形,不得倒塌。
2. 抗橫力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)想
某橋地處山區(qū),為15―30米鋼筋砼預(yù)應(yīng)力簡支T型梁橋,全長470米,橋?qū)挵锤咚俟仿坊敕鶎?2.25米設(shè)計(jì),取其中最高的一個(gè)墩(圓形墩柱高58.8米,直徑Φ為1.8~2.2m,蓋梁高1.6m。
1.新結(jié)構(gòu)分析
因地震引起墩頂水平位移y1, F-ΔF從而使拉線一邊繃緊一邊放松,產(chǎn)生回復(fù)力2ΔFy。設(shè)拉線長L,與水平線夾角35°,則拉線伸縮值ΔL 與y1的關(guān)系如下:
1)回復(fù)力計(jì)算
設(shè)拉線為鋼絞線,斷面積為As平方毫米,其彈性模量Es=1.95E5,回復(fù)力: Fh=2y1/1.221/102.5×cos35×1.95E5As=2.5531 y1As,As單位mm2,y1單位m。
2) 新結(jié)構(gòu)自振周期及拉線分擔(dān)水平力的比例
設(shè)結(jié)構(gòu)振動(dòng)某時(shí)刻t各節(jié)點(diǎn)水平位移:y1、y2、y3,拉線因各節(jié)點(diǎn)位移而產(chǎn)生回復(fù)力為F=2.5531 y1As,則結(jié)構(gòu)振動(dòng)平衡方程如下:
梁柱結(jié)構(gòu)為C30砼,其彈性模量Ec=3E4兆、拉線為鋼絞線彈性模量Es=1.95E5兆,據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)原理,各參數(shù)如下:
頂層水平向總剛度K=11707.225+2.5531As,單位N/m。頂層水平作用單位水平力P=1時(shí)拉線分擔(dān)的水平力PL1=2.5531As/K、架子承擔(dān)Pj1=11707.2/K,同樣2、3節(jié)點(diǎn)有PL2=1.258As/K、Pj2=(11707.2+1.295As) /K、PL3=0.451As/K、Pj3=(11707.2+2.102As) /K,其他各柔度參數(shù):
根據(jù)PL1=50%確定拉線斷面積As=4585.47mm2,設(shè)自由諧振方程yi=Aisin(wt),解出結(jié)構(gòu)自振周期、各節(jié)點(diǎn)拉線分擔(dān)的水平力比例和三個(gè)主振型的相對水平位移:
T1=1.09s、T2=0.501s、T3=0.31s、PL1=50%、PL2=24.632%、PL3=8.831%
3)最不利組合值(見表2、3)。
4) 拉線初始應(yīng)力的確定:拉線初拉力F要滿足下式要求:2Fcos35≥(FL12+FL22+ FL32)0.5=1612.7,F(xiàn)=984.4kn
FL1、FL2、FL3―罕遇地震作用下,1、2、3振型拉線分別分擔(dān)的地震水平力,等于各層地震作用力與分擔(dān)系數(shù)PL1、PL2、PL3乘積之和。
由此增加柱的壓力值984.4×sin35=564.6kn,其初應(yīng)力僅為214.7兆,與鋼絞線1000多兆的設(shè)計(jì)應(yīng)力值相比還有較大富裕。
5) 構(gòu)件核算。
常遇地震作用設(shè)計(jì)值組合,構(gòu)件尺寸能夠滿足要求。
a.系梁EF的彎矩、剪力最大,核算如下:
hw/b=196÷120 Nmax,是安全的。
3. 驗(yàn)證結(jié)論
從上面理論分析可知,原結(jié)構(gòu)在不增加特別構(gòu)造、尺寸還約有減小的情況下,對拉鋼絞線的辦法可以確保結(jié)構(gòu)在類似汶川大地震的罕遇地震作用下,結(jié)構(gòu)內(nèi)力減小幾倍,從而確保結(jié)構(gòu)的安全,而鋼絞線用量并不大。
(作者單位:四川省武勝縣公路管理養(yǎng)護(hù)段)
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