DB14T846-2014 中小跨径混凝土梁桥抗震设计指南

ICS 93.040P28 DB14山 西 省 地 方 标 准 DB14/T8462014中小跨径混凝土梁桥抗震设计指南2014-03-15发布 2014-04-15实施山西省质量技术监督局 发 布DB 14/T 8462014I目 次前言 .II1 范围 .12 规范性引用文件 .13 术语和定义 .14 一般规定 .15 概念设计 .26 桥梁抗震计算 .47 减隔震设计 .68 防落梁系统设计 .89 构造措施 .11附录 A（资料性附录） 典型桥梁的定义 .12附录 B（规范性附录） 我省主要城镇的抗震设防烈度、设计基本地震加速度和地震特征周期 .13附录 C（资料性附录） 典型桥梁防落梁系统设计结果 .15附录 D（资料性附录） 防落梁系统设计相关公式 .17DB 14/T 8462014II前 言本标准按照 GB/T1.1-2009给出的规则起草。本标准由山西省交通运输厅提出并归口。本标准起草单位：山西省交通科学研究院、山西交科公路勘察设计院、黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点试验室。 本标准主要起草人：杨兵兵、韩之江、刘志华、赵雷、何国花、毛敏、谢立安、卢鹏、陈栋栋、汪永强、刘媛媛、傅莉、郭文龙、申雁鹏、吕立宁、寇伟、赵芳、赵学峰、赵文溥。DB 14/T 84620141中小跨径混凝土梁桥抗震设计指南1 范围 本标准规定了中小跨径混凝土梁桥抗震设计的术语和定义、一般规定、概念设计、桥梁抗震计算、减隔震设计、防落梁系统设计和构造措施。 本标准适用于山西省境内单孔跨径为 20m 40m的混凝土箱型梁、 T型梁梁桥的抗震设计。2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）也适用于本文件。GB18306 中国地震动参数区划图GB50010 混凝土结构设计规范GB50011 建筑抗震设计规范CJJ166 城市桥梁抗震设计规范JTJ004 公路工程抗震设计规范JTG/TB02-01 公路桥梁抗震设计细则3 术语和定义3.1 防落梁系统用于限制梁体纵、横向位移的构造，包含梁搁置长度、限位装置、连梁装置、横向挡块，其作用是防止在地震作用下梁体发生相对于墩台的过大位移而出现掉落。3.2 限位装置放置在主梁与桥墩或桥台之间，用于限制主梁与墩台之间顺桥向相对位移的装置。3.3 连梁装置放置在主梁与主梁之间，用于限制主梁与主梁之间顺桥向相对位移的装置。4 一般规定4.1 抗震设防烈度为 6度及 6度以上地区的公路桥梁应做抗震设计。4.2 桥梁的抗震设计应本着以减轻公路桥梁的地震破坏，保障人民生命财产安全，减少经济损失为原则。4.3 本标准所针对桥梁的抗震设防目标为：在 E1地震作用下一般不受损伤或不需要修复可继续使用，在 E2地震作用下应保证不致倒塌或产生严重结构损伤，经临时加固后可供维持应急交通使用。DB 14/T 846201424.4 中小跨径混凝土梁桥的抗震设计主要包括概念设计、抗震计算和构造设计，其中典型桥梁可以查询第 6.3条进行抗震设计。典型桥梁的定义见附录 A。4.5 我省主要城镇（县级及县级以上城镇）中心地区的抗震设防烈度、设计基本地震加速度值和地震特征周期见附录 B。5 概念设计5.1 概念设计原则5.1.1 选择桥位时，应尽量避开地震危险地段，充分利用抗震有利地段；对不利地段，宜对地基采取适当抗震加固措施。 地段分类见表 1。 表 1 地段分类地段类别 地质、地形、地貌有利地段 稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等一般地段 不属于有利、不利和危险的地段不利地段 软弱土、液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，陡坡，陡坎，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层，高含水量的可塑黄土，地表存在结构性裂缝等危险地段 地震可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等部位，及发震断裂带上可能发生地表位错的部位5.1.2 避免或减轻在地震作用下因地基变形或地基失效造成的破坏。宜避开地震时可能发生地基失效的松软场地，并应考虑结构与地基的振动特性，力求避免共振影响，重视基础的抗震设计。5.1.3 本着减轻震害和便于修复的原则，合理确定设计方案。一般应符合下列要求：a) 具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；b) 具有多道抗震防线；c) 具有合理的刚度和承载力分布；d) 具备足够的承载能力，良好的变形能力和耗能能力。5.1.4 加强桥梁结构的整体性。对桥梁上下部结构之间的连接部位、墩柱与盖梁以及墩柱与基础之间的连接部位等都应加强抗震设计。5.1.5 桥台不宜作为抵抗桥梁整体地震作用的构件。5.1.6 在设计中应对防落梁系统、限位装置及连梁装置提出相应的施工和维护要求。5.2 结构体系布置5.2.1 几何线形上宜选择直桥，弯桥或斜桥会使地震反应复杂化，对整体结构的抗震不利。5.2.2 结构布局上宜布置成连续结构，简支结构在地震时容易落梁。5.2.3 对于上部结构连续的桥梁，宜降低各墩的刚度差，避免地震力的分配不均匀。a) 对于连续梁桥，一联内桥墩的刚度比宜满足下列要求：DB 14/T 84620143桥面等宽 桥面变宽任意两桥墩刚度比： 0.5 2.0ei ejk k 0.5 2.0ei j ej ik m k m 相邻两桥墩刚度比： 0.75 1.33ei ejk k 0.75 1.33ei j ej ik m k m 式中： eik 第 i桥墩（柱）的组合刚度；ejk 第 j桥墩（柱）的组合刚度；im 第 i桥墩（柱）顶等效梁体质量；jm 第 j桥墩（柱）顶等效梁体质量。b) 对于梁式桥（多联桥）相邻联的基本周期比宜满足式（ 1）的要求：0.7 1.43ijTT .(1)式中： iT 第 i联的基本周期；jT 第 j联的基本周期。c) 对梁式桥，一联内各桥墩刚度相差较大或相邻联基本周期相差较大的情况，宜采用合适的方法 调整各墩刚度比或相邻联周期比：1) 顺桥向，宜在各墩顶设置具有合理剪切刚度的橡胶支座，调整各墩的等效刚度；2) 改变墩柱尺寸。d) 在多个桥墩上布置弹性支座，使桥墩的刚度在各个方向相近。5.2.4 采用板式橡胶支座的桥梁结构，如在地震作用下，支座抗滑性如不能满足 JTG/TB02-01-2008相关规定，应采用限位装置或按本标准第 7章要求进行桥梁减隔震设计。桥梁的塑性变形、耗能部位的确定有以下两种方式：a) 一般桥梁的塑性变形、耗能部位见 JTG/TB02-01-2008第 6.2.2条。b) 采用减隔震装置的桥梁，其塑性变形、耗能部位主要位于连接构件（支座、耗能装置）处，见 图 1。图 1 减隔震支座桥梁的塑性区域分布情况（纵桥向）DB 14/T 846201446 桥梁抗震计算6.1 地震作用计算6.1.1 一般情况下，中小跨径桥梁可采用设计加速度反应谱表征地震作用。只考虑水平向地震作用，分别为顺桥向和横桥向的地震作用。桥梁地震作用计算及抗震验算见 JTG/TB02-01-2008相关内容。6.1.2 在 E2地震作用下，水平地震力与永久作用效应以及均匀温度作用效应组合后得到的支座水平位移及水平力应分别按式（ 2）及式（ 3）计算。0 0.5D H TX X X X .(2)0.5hzb hze hzd hztE E E E .(3)式中： 0X 水平地震力与永久作用效应以及温度作用效应组合后得到的支座水平位移（ m）；hzbE 水平地震力与永久作用效应以及温度作用效应组合后得到的支座水平力（ kN）；DX 水平地震设计力产生的支座水平位移（ m），将支座作为能力保护构件，通过桥墩塑性铰区域截面超强弯矩来计算； hzeE 支座作为能力保护构件，通过桥墩塑性铰区域截面超强弯矩计算得到的水平地震设计力（ kN）； HX 永久作用产生的支座水平位移（ m）；hzdE 永久作用产生的支座水平力（ kN）；TX 均匀温度作用引起的支座水平位移（ m）；hztE 均匀温度作用引起的水平力（ kN）。6.2 桥梁抗震能力计算6.2.1 在 E2地震作用下，桥墩的抗剪强度可按式（ 4）计算。n c sV V V .(4)式中： nV 斜截面抗剪强度（ kN）；cV 混凝土抗剪强度（ kN），按式（ 5）计算sV 箍筋提供的抗剪能力（ kN），可按 JTG/TB02-01-2008相关内容计算。混凝土抗剪强度： /1000c c eV v A .(5)塑性铰区域外： 1 2 0.33c c cv f f f f .(6)塑性铰区域内： 20.25 0.33c c cv f f f .(7)10.025 0.305 0.083 0.2512.5s yh dff .(8)2 1 1.513.8c gPf A .(9)式中： cv 混凝土允许剪应力（ MPa），当墩柱轴向所受轴力的组合值为拉力时， 0cv ；eA 核心混凝土面积（ mm2），可取 0.8e gA A ；gA 混凝土毛截面面积（ mm2）；yhf 箍筋抗拉强度（ Mpa）；DB 14/T 84620145s 箍筋体积配筋率，即箍筋体积与核心混凝土体积之比；cP 轴力（ N）；cf 混凝土抗压强度标准值（ MPa）；d 局部延性系数；1f 、 2f 系数。6.2.2 在 E2地震作用下，双柱墩横桥向容许位移简化计算方法：a) 当中间不设横系梁时，墩顶横桥向容许位移可按式（ 10）计算：2 2( ) ( )26 2y pu u y pH LHL .(10)式中： u 桥墩容许位移（ m）；H 墩高（ m）；PL按 H/2计算的塑性铰长度（ m），按式（ 11）、式（ 12）计算取小值。0.08 /2 0.022 0.044P y s y sL H f d f d .(11)23PL b .(12)式中：yf 纵向钢筋抗拉强度标准值（ MPa）；sd 纵向钢筋直径（ cm）；b矩形截面的短边尺寸或圆形截面直径（ cm）；y 截面的屈服曲率（ 1/m），按 JTG/TB02-01-2008附录 B计算；u 截面的极限曲率（ 1/m），按 JTG/TB02-01-2008附录 B计算。b) 当中间设置一道横系梁时，墩顶横桥向容许位移可按式（ 13）计算：2 4( ) ( )412 2y pu u y pH LHL .(13)式中： PL按 H/4计算的塑性铰长度（ m），按式（ 14）、式（ 12）计算取小值，将式（ 12）中 PL换成 PL：0.08 /4 0.022 0.044P y s y sL H f d f d .(14)式中其余符号同前。6.2.3 对于盖梁的受剪承载力 0cV 可按式（ 15）、式（ 16）计算：对于单柱墩： 0 0 00.7 1.25 svc t yv AV f bh f hs .(15)对于双柱墩或多柱墩： 0 0 01.75 0.21 svc t yv AV f bh f h Ns .(16)式中：剪跨比；b盖梁截面的宽度（ mm）；0h 盖梁截面的有效高度（ mm）；tf 混凝土的抗拉强度设计值（ MPa）；yvf 箍筋的抗拉强度设计值（ MPa）；svA 配置在同一截面内箍筋各肢的总截面积（ mm2）；s箍筋沿盖梁长度方向的间距（ mm）；N 地震作用下的轴向拉力设计值（ N）。DB 14/T 846201466.3 典型桥梁设计参考用值6.3.1 一般要求6.3.1.1 墩柱纵向钢筋宜延伸到盖梁顶面和承台底面，纵向钢筋的锚固长度不应小于 40ds（ ds 为纵向钢筋的直径）。在墩柱上、下端 2m范围内不应进行纵向钢筋的连接。6.3.1.2 盖梁纵向钢筋的配筋率不应小于 0.9%，箍筋的面积配箍率不应小于 0.12%。6.3.1.3 墩柱上、下端 2m范围内箍筋应加密，加密后的最小体积含箍率应不小于 0.4%，圆形截面箍筋配置形式可参考图 2。非加密区箍筋的体积配箍率不应小于加密区箍筋体积配箍率的 50%。图2 圆形截面箍筋配置示例6.3.2 6度区桥梁可不做抗震计算，应做好抗震措施设计。6.3.3 7度区桥梁6.3.3.1 墩柱及桩纵向钢筋的配筋率应不小于 0.6%，不应超过 4.0%。6.3.3.2 中间墩可采用普通板式橡胶支座，过渡墩采用四氟滑板支座。类场地上桥台及桥墩处宜设置纵向限位装置，并要求同时设置横向挡块。6.3.4 8度区桥梁6.3.4.1 墩柱及桩纵向钢筋的配筋率应不小于 1.0%，不应超过 4.0%。6.3.4.2 一般跨径、墩高的桥梁宜采用隔震支座，如天然橡胶支座。6.3.4.3 对于跨径、墩高较大的桥梁，当桥墩刚度较小或一联内各墩刚度比不符合 5.2.3条规定时，宜采用局部隔震方案，即采用盆式橡胶支座与隔震支座相组合的约束体系，必要时宜加设减震装置，如阻 尼器等。6.3.4.4 应同时设置防落梁系统。7 减隔震设计7.1 一般要求7.1.1 存在以下情况之一时，不宜进行隔震设计：a) 基础土层不稳定，易发生液化的场地；b) 下部结构较柔，桥梁结构本身的固有周期较长；c) 位于软弱场地，延长周期可能引起地基与桥梁共振；d) 支座出现负反力。7.1.2 进行减隔震设计时，应选用结构简单、力学性能明确的减隔震装置，该装置不仅能减震耗能，而且还应满足正常运营荷载的承载要求。减隔震装置具体要求如下：a) 应保持良好的竖向荷载支承能力；b) 应具有较高的初始水平刚度，使得桥梁在风荷载、制动力等作用下不会发生过大的变形和有害 振动；DB 14/T 84620147c) 当温度、徐变等引起上部结构缓慢的伸缩变形时，减隔震支座产生的抗力应较低；d) 应具有较好的自复位能力，使震后桥梁上部结构能够基本恢复到原来位置；e)