中小跨径桥梁抗震挡块的设置原则
九理米的雾
2022年05月20日 09:50:13
来自于桥梁工程
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桥梁挡块是下部结构中较小的构件,在地震作用下,混凝土挡块的存在可以有效地 控制墩梁之间的横向相对位移,但同时挡块会向下部结构传递一定的地震力,属于桥梁抗震措施中的横向限位装置,使用横向和纵向限位装置可以实现桥梁结构的内力反应和位移反应之间的协调; 一般来讲,限位装置的间隙小,内力反应增大,而位移反应减小;相反若限位装置的间隙大,则内力反应减小,但位移反应增大。限位装置的使用应使内力反应和位移反应之间达到某种平衡。



桥梁挡块是下部结构中较小的构件,在地震作用下,混凝土挡块的存在可以有效地 控制墩梁之间的横向相对位移,但同时挡块会向下部结构传递一定的地震力,属于桥梁抗震措施中的横向限位装置,使用横向和纵向限位装置可以实现桥梁结构的内力反应和位移反应之间的协调;

一般来讲,限位装置的间隙小,内力反应增大,而位移反应减小;相反若限位装置的间隙大,则内力反应减小,但位移反应增大。限位装置的使用应使内力反应和位移反应之间达到某种平衡。
 
桥梁抗震防线的三个级别是: 第一道防线为支座,第二道防线是最小支撑长度,第三道防线是挡块,挡块来防止落梁的发生 。挡块虽然是小构件,它确是三级防护的最后一级。
 
如果混凝土挡块的强度设计不合理,其在地震作用下的横向限位功能不能得到有效发挥,同时下部桥墩的地震需求也很难得到有效控制。挡块作为桥梁横向支承的主要构件,在地震中的横向限位作用至关重要。
 
中小跨径桥梁的挡块及其与梁板之间的间隙,与支座的类型有很大的关系,中小跨径桥梁采用板式橡胶支座较多,下面就板式橡胶支座与挡块之间的间隙的关系做简单说明:
 
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板式橡胶支座的活动机理


利用橡胶的不均匀弹性压缩来实现转角θ,利用其剪切变形来实现水平位移△,因此,板式橡胶支座无固定支座和活动支座之分,一般可采用橡胶支座厚度的不同来调节各支座传递的水平力及其位移;

2
挡块间隙的设置及建议  
 
1、在横向地震作用下,无挡块桥梁和无间隙挡块桥梁由于水平约束条件发生变化,导致桥梁的结构动力特性发生变化。设置无间隙挡块,使得桥梁结构刚度变大,最终导致桥梁下部结构的地震响应增大;
 
2、对于中小跨径连续梁桥,横向地震作用下,梁体与挡块发生碰撞时,只要挡块间隙不是很小,桥梁下部结构的地震内力响应随初始间隙的增大而减小,支座的变形(位移)随初始间隙的增大而增大;
 
当挡块的初始间隙设置得比无挡块工况下支座的最大变形(位移)更大时,在设防地震作用下,挡块将不起作用,桥梁下部结构的地震反应与无挡块工况一致;
 
3、 中小跨径桥梁横向搞震挡块的合理设计方式是 :以设防地震下支座的最大变形和支座的位移能力两者中的小值作为初始间隙设置挡块,将挡块作为第二道抗震防线,挡块强度不宜设置过大;

在设防地震作用下,支座柔性和摩擦耗能作用充分发挥,当超过设防地震时,挡块开始发挥限位作用,并作为牺牲构件,避免下部结构产生过大的地震作用。
 
项乃亮和李建中在《中小跨度梁桥混凝土挡块合理设计参数研究》中,采用Opensees建模分析混凝土挡块对结构横向抗震性能的影响及其设计参数(强度、变形能力)的合理取值,结果表明:

对于中小跨度梁桥,混凝土挡块设计参数相对合理的取值范围为:挡块强度取为桥墩横向屈服力的0.45倍左右、变形能力取为板式支座临界滑动位移的1.5~2.0倍;

在不同地震动强度和不同墩高的情况下,挡块按照合理参数取值可有效控制支座的最大位移需求、降低结构发生横向落梁的风险,同时下部桥墩的地震损伤也可以维持在容许范围内。
 
3
挡块设置的建议  

1、对于中小跨径桥梁,挡块间隙建议取值范围:25mm~50mm,曲线桥梁和斜桥还需设置相关限位及加强措施;

斜板桥在使用过程中,在平面内有向锐角方向蠕动的趋势,所以设置的支座要有充分的锚固作用;否则,应加强锐角处墩台挡块,以免被挤裂;

弯桥由于结构受力复杂,会产生“爬坡”现象,引起桥内、外侧梁受力不均,设计时需注意横桥向受力对挡块的影响,支座布置时,应确定斜、弯梁桥结构在平面内变形时的“不动点”位置,再计算各墩处的变形大小和方向,合理设置固定支座及销钉锚定结构等措施。

相关文章: 斜交板受力特点及钢筋布置方案

2、桥墩高度对挡块设置的影响:挡块的设置强度同桥墩的高度有关,高桥墩的挡块强度不能太大,墩高范围可结合《公路桥梁抗震设计规范》(JTG/T 2231-01-2020)考虑,即规则桥梁墩高≤30m,大于30m的,应进行专门设计。

3、跨径变化对挡块的影响:桥梁跨径与挡块受力呈基本线性关系,建议跨径大的桥梁挡块强度可适当提高。
 
参考文献:
朱勇毅、罗富元.中小跨径桥梁横向抗震挡块的合理设置方式
张泽洲.20m标准跨径桥梁抗震挡块的设计研究
项乃亮,李建中.中小跨度梁桥混凝土挡块合理设计参数研究 



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菠萝古老肉
2022年05月20日 14:33:42
2楼


感谢,学习一下。

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四四方方的桌
2022年05月24日 14:06:22
3楼

很有用,已收藏

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