第五章--桥梁工程抗震设计ppt课件

桥梁加固技术主要可分为两大类，一种是传统的针对缺陷构件通过加固提高其强度、变形能力的加固技术；另一种是减隔震技术，是通过整体降低地震对结构构件的抗震需求使当前构件能够承担给定的地震需求。对于具体的桥梁加固，宜经过详细分析比较来决定选取这两种方法的一种或二者结合的加固方法。,5.5桥梁抗震加固,桥梁抗震加固参考以下规范,公路桥梁加固设计规范公路桥梁加固施工技术规范,5.5.1桥梁场地加固,危险的场地条件在地震作用下对任何桥梁结构都会产生很大的力或相对位移。这样的场地条件包括临近活动断层、不稳定的陡坡和可能液化的砂土或淤泥砂土。对于这些条件的加固技术措施是很少的，且很少能够得到现场证实。,1桥梁穿过断层或很接近断层时，应尽可能通过加固提高结构的位移能力，应对下部结构塑性铰区增加额外的箍筋以提高延性变形能力。2在每个桥墩、桥台处可用弹性支座替换原有支座支撑上部结构，这些支座允许发生很大变形且具有一定的自复位能力。3对于预计可能发生液化的桥址场地，一是清除或改进有液化可能的场地条件，二是提高结构承受大位移的能力，通过这两方面来提高结构的抗震性能。,4当桥址场地的稳定性存在问题时，可采用以下几种加固方法进行加固：降低地下水位；通过振捣压实、振动替换使土壤密实；压浆。,5.5.2基础加固,1当进行基础构件的加固时，应特别注意考虑土的特性，基础构件的分析和设计应考虑土的强度和各种可能的破坏模式。2提高承台的弯曲强度可以通过在既有承台表面覆盖一层钢筋混凝土，并通过暗销与原有承台连接起来。顶部钢筋应主要布置在一倍的加固承台厚度范围内，承台表面在浇注混凝土前应凿毛表面以利于剪力的传递，承台新、旧混凝土之间应设置足够的暗销以保证之间的剪力传递。如果暗销还用于承受剪力，则暗销应穿过原有承台的厚度，并应可靠锚固。,3通过增加承台的厚度将增加截面的抗弯高度，从而提高了承台正弯矩区的抗弯强度。如果还不够，还可通过加宽承台，并需在底部增设钢筋。4如果暗销的抗拉能力不足以满足加固要求，可采用扩大承台并在承台周边的整个厚度内设置箍筋来代替暗销。5可以通过设置预应力筋来提高承台的正、负弯矩区的抗弯强度。,6通过增加承台厚度、穿过承台的竖向钢筋或预应力筋、水平向穿过承台的预应力筋等来提高承台的抗剪能力。,7承台/墩柱节点区的剪切强度加固，可采用与承台剪切强度不足所使用的加固方法相同，加固的有效性宜通过试验来验证。8墩、柱纵筋锚固不足的加固，可采用将承台直接锚固到地基或增加承台中的抗拉桩，但加固的有效性需要通过试验验证。9承台倾覆抗力的提高可通过扩大承台的平面尺寸、增加抗拉桩（桩数）、直接锚固到地基或基岩等措施实现。,5.5.3桥台加固,1当桥台的破坏影响重要桥梁的使用功能时，宜考虑对桥台进行加固。桥台破坏很少导致桥梁结构倒塌的，除非是发生液化破坏。桥台挡土的侧向移动可能影响桥梁的使用功能，这对于特别重要的桥梁可能是不允许的。此外，在桥台支座处设置限制相对变形的约束装置可能会增大桥台的受力。因此，如果这些情况存在，则桥台应该进行加固。,2可通过设置桥台搭板，改善因填土破坏或桥台破坏导致的桥台过分沉降。3为了减少震后桥台的不连续性，搭板至少长3米，搭板应按简支跨计算，钢筋混凝土板应跨越全长。设计桥台搭板目的是改善因桥台填土沉降造成的上部结构与桥台的不连续性。搭板应该与桥台连接。下图给出加利福尼亚形式和新西兰形式的沉降板。,4桥台平行于或垂直于桥台面的位移可通过设置锚杆得到改善。由于台后填土在地震作用下可能会移动，锚杆应延伸到台后足够深度，以避免台后填土移动而使锚固失效。设计的锚固方式提供的极限能力应该大于或等于地震作用下上部结构传给桥台的剪力或桥台背后的土力。,桥台水平位移可影响桥梁结构的使用功能。可采用各种可能的锚固方式进行改善，常用的有两种锚固方式，一种是直接锚固在桥台后的填土；另一种是重力式锚固，包括设置在上部结构或桥台的拉杆和锚固块。重力式锚杆就是上部结构或桥台与锚固物之间的连系杆，锚固物可能是钻孔内浇筑的柱体，或者是距桥台后面一段距离的重量很大的梁。,5.5.4墩柱的加固,既有桥梁的钢筋混凝土桥墩、柱弯曲强度、延性变形能力和剪切强度的抗震能力的加固可采用钢管外包加固方法、复合材料加固方法、加大截面方法等一些加固技术进行。钢管外包技术：最初是针对圆柱桥墩提出。采用两块半圆形的钢管现场沿竖向接缝焊接，钢管内径比桥墩直径略大，空隙中灌注添加微膨胀剂的水泥沙浆，钢管的下端与承台顶面有3-5cm的间隙，防止桥墩在地震作用下弯曲时因钢管的受压而增加截面的弯曲强度。钢管提供有效的被动约束应力，这种力来自于混凝土受压而引起的膨胀受到钢管环向强度和刚度的限制。,对于矩形桥墩，为了提供类似于圆柱桥墩的连续的约束效果，建议加固时采用椭圆形的钢管，较大空隙可灌注与原桥墩（柱）同标号的混凝土。加固后的矩形桥墩具有很好的弯曲和抗剪能力。矩形钢管对提高桥墩、柱的抗剪能力是有效的。但桥墩进行抗剪加固时必须保证足够的弯曲延性能力，但矩形钢管提供的延性能力很差。,复合材料加固方法：通过外包组合纤维/环氧树脂套管来实现约束，效果已经通过试验的研究得到证实。通过水泥浆加压到1.7Mpa，可以达到一定的主动约束效果。该技术试验研究表明可有效提高圆形桥墩的弯曲延性能力和抗剪强度。现场安装和耐久性等因素是否能满足要求是该项技术能否应用的关键。,加大截面法（外包混凝土）：加大截面法是一种常用的墩柱加固方法，在原有墩柱的表面增加一层混凝土及纵向钢筋和横向钢筋，增加的横向钢筋能提高墩柱的剪切强度及延性能力，而纵向钢筋能否提高墩柱的弯曲强度则取决于纵筋是否锚固在承台中，承台也必须加固以便承受增加的剪力及倾覆弯矩。加大截面加固方法通常采用的截面形式有圆形、矩形等，加固方式可分为全截面加固和部分加固方法。为提高加固后墩柱的延性能力，必须保证加大截面对原有墩柱截面的约束作用，对圆形墩柱而言比较容易实现，可采用密布箍筋或螺旋式箍筋，而对于矩形或方形墩柱截面，则采用添加辅助箍筋，同时凿去原有墩柱转角处的混凝土，并采用多角形箍筋，可获得较好的约束效果。,采用复合材料加固方法，需确认施工环境，正确、合理地安排施工、控制施工品质。复合材料加固方法采用的底漆和环氧树脂在低温状况下，粘度会增加，硬化反应较迟缓，引起硬化反应不良的状况。冬季或寒冷地带，施工条件要慎重对待，气温在5oC以下不可施工。水分的存在会阻碍底漆及环氧树脂的粘结，有漏水情形时，先做止水、导水处理，有可能结露的时候不可施工。,5.5.5盖梁、节点区加固,1盖梁提供了在上部结构和桥墩间传递力的连接。调查发现，一些桥梁中的盖梁的弯曲强度低于与盖梁连接处桥墩的弯曲强度。特别是由于伸入节点区的钢筋锚固不足而且数量少，盖梁正弯矩区（盖梁底面受拉）弯曲强度较低。负弯矩区屈服强度往往也不足以保证仅在桥墩处形成塑性铰，尤其当盖梁顶面处的纵筋提前截断后更是如此。2当盖梁是通过支座支撑上部结构时，可通过在盖梁两立面凿毛其表面设置加劲的支撑梁来提高盖梁的弯曲强度，新的混凝土与旧的混凝土应该通过直接穿过既有盖梁的螺栓连接。,3当盖梁是通过支座支撑上部结构时，盖梁的弯曲强度可以通过设置在支撑梁内的预应力筋或体外预应力筋来提高。,4整体式盖梁的弯曲强度加固，可通过将支撑梁设置在盖梁底面来提高正弯曲强度，负弯曲强度提高可通过凿去顶部部分混凝土，设置附加钢筋来实现。5整体式盖梁的弯曲强度加固,可通过设置体外预应力筋并在预应力管内压浆来提高盖梁正、负弯弯矩区的弯曲强度。,6盖梁的剪切强度提高可通过设置全高度的支撑梁来实现。7盖梁、柱节点区抗震能力的提高可通过在既有节点区两侧面增加钢筋混凝土或完全更换节点实现。,8可通过在既有盖梁下部现浇一根连梁来改进盖梁的抗震性能,并应根据能力设计原理设计以确保塑性铰形成在桥墩中而不是在连梁内。,5.5.6支座、伸缩缝及防落梁措施抗震加固,1可通过设置拉杆将桥梁相邻构件连接起来以改善结构的抗震能力。常用的拉杆限位装置一般为钢缆索或粗钢筋，根据其材料拉杆根据其用途可分为三种：纵桥向伸缩缝处约束、横桥向支座处约束和竖向运动约束。2纵桥向伸缩缝处设置拉杆限位装置可限制伸缩缝处的相对变形从而降低这些部位可能的损坏。当支座锚固螺栓和类似构件不足以避免支座的破坏和丧失支撑能力，采用纵桥向拉杆限位装置可以改善这些构造细节的不足。,3纵桥向拉杆限位装置在最大地震力作用下应保持在弹性范围内。并有足够的间隙满足正常使用条件下温度等变形的要求。4纵桥向拉杆限位装置应对称设置以免引入偏心约束。应该仔细评价拉杆限位装置破坏提前后可能造成的不利后果。5纵桥向拉杆限位装置应该沿着预期移动的主方向设置。,6当墩顶处设置伸缩缝时，伸缩缝处拉杆限位装置还应与桥墩连接。每个约束装置必须能够承担两跨的惯性力。7当满足下面一些条件时可以仅连接相邻跨的上部结构，即地震作用下伸缩缝处相对变形足够小而不会发生落梁；其中一跨已与既有桥墩可靠连接。,8为满足拉杆限位装置的传力要求，有时需要对安装拉杆限位装置的部位如横隔板进行加固。当横隔板比较弱时，一种加固构造细节是将约束装置锚固在梁侧面或桥面板（顶板）的下面。9为了防止地震作用下上部结构发生竖向提离，或当竖向地震力超过恒载50%时，应采用竖向约束装置进行加固。,10在同一跨的活动支座或固定支座更换时应采用相同类型的支座，保证梁转动是相同的且满足对称性。更换的支座和其锚固构件应能承担分析计算得到的竖向、纵桥向和横桥向的地震力。11更换支座后应校核垫块、座宽、支承能力是否满足新支座条件下的传力要求。可能需要在更换支座的同时加固座宽或支承能力。,5.5.7减隔震加固技术,见第六章,5.5.8上部结构加固,1可通过对上部结构施加体外预应力来提高抗震能力。预应力加固是指运用预应力原理，在增设构件或原有构件中，施加了一定初始应力的一种加固方法。用预应力方法加固桥梁结构时，应考虑的主要问题有：施加预应力方式方法预应力损失的估计和减少预应力损失的措施；以及预应力加固的计算等。用预应力法加固钢筋混凝土或预应力混凝土梁板，其加固件一般采用钢杆、粗钢筋或钢丝索等钢材，施加预应力的方法有纵向张拉法、横向张拉法和张拉钢丝束等。2可通过设置平行于上部结构且沿纵桥向的连梁来改善上部结构的抗震性能。,思考题,（1）桥梁的震害现象可以归纳为哪几类？引起桥梁震害的各种可能原因是什么？（2）桥梁抗震设计应遵循哪几条基本原则？（3）地基液化的定义是什么？如何消除或降低场地液化的危害？（4）桥梁抗