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提出了在桥梁墩顶用钢绞线将结构两边对称拉住的新型抗横力结构,用结构理论和相应的规范进行了验证,使桥梁基本在不增加造价的情况下抵抗住罕遇大地震.

一、问题的提出

结构抗震设防的三水准目标是“小震不坏,中震可修,大震不倒”,即在遭遇50年内超越概率约63%的地震烈度,结构处于正常使用状态,为弹性体系;遭遇超越概率约10%的烈度,结构进入非弹性工作阶段,但变形或体系的损坏控制在可修复的范围;遭遇超越概率2%~3%的烈度,结构有较大的非弹性变形,不得倒塌.

二、抗横力系统结构设想

某桥地处山区,为15―30米钢筋砼预应力简支T型梁桥,全长470米,桥宽按高速公路路基半幅宽12.25米设计,取其中最高的一个墩(圆形墩柱高58.8米,直径Φ为1.8~2.2m,盖梁高1.6m.

盖梁及以上结构探在单跨上的质量及对柱顶重心计算表1

1.新结构分析

因地震引起墩顶水平位移y1,F-ΔF从而使拉线一边绷紧一边放松,产生回复力2ΔFy.设拉线长L,与水平线夹角35°,则拉线伸缩值ΔL与y1的关系如下:

1)回复力计算

设拉线为钢绞线,断面积为As平方毫米,其弹性模量Es等于1.95E5,回复力:Fh等于2y1/1.221/102.5×cos35×1.95E5As等于2.5531y1As,As单位mm2,y1单位m.


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2)新结构自振周期及拉线分担水平力的比例

设结构振动某时刻t各节点水平位移:y1、y2、y3,拉线因各节点位移而产生回复力为F等于2.5531y1As,则结构振动平衡方程如下:

梁柱结构为C30砼,其弹性模量Ec等于3E4兆、拉线为钢绞线弹性模量Es等于1.95E5兆,据结构力学原理,各参数如下:

顶层水平向总刚度K等于11707.225+2.5531As,单位N/m.顶层水平作用单位水平力P等于1时拉线分担的水平力PL1等于2.5531As/K、架子承担Pj1等于11707.2/K,同样2、3节点有PL2等于1.258As/K、Pj2等于(11707.2+1.295As)/K、PL3等于0.451As/K、Pj3等于(11707.2+2.102As)/K,其他各柔度参数:

根据PL1等于50%确定拉线断面积As等于4585.47mm2,设自由谐振方程yi等于Aisin(wt),解出结构自振周期、各节点拉线分担的水平力比例和三个主振型的相对水平位移:

T1等于1.09s、T2等于0.501s、T3等于0.31s、PL1等于50%、PL2等于24.632%、PL3等于8.831%

3)最不利组合值(见表2、3).

4)拉线初始应力的确定:拉线初拉力F要满足下式要求:2Fcos35≥(FL12+FL22+FL32)0.5等于1612.7,F等于984.4kn

桥梁抗震新构造参考属性评定
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FL1、FL2、FL3―罕遇地震作用下,1、2、3振型拉线分别分担的地震水平力,等于各层地震作用力与分担系数PL1、PL2、PL3乘积之和.

由此增加柱的压力值984.4×sin35等于564.6kn,其初应力仅为214.7兆,与钢绞线1000多兆的设计应力值相比还有较大富裕.

5)构件核算.

常遇地震作用设计值组合,构件尺寸能够满足要求.

a.系梁EF的弯矩、剪力最大,核算如下:

hw/b等于196÷120<4Vef=8440kn<0.25βCfCKbho=0.25×20100×1.2×1.96=11819,即抗剪能满足要求.

按单筋配筋核算:M等于28532≤fCKbX(ho-0.5X)→X等于0.745m<Xb等于0.55×1.96等于1.08,即单筋就能满足抗弯强度要求.

b.按对称配筋核算偏心拉压强度.

柱EG极限情况为偏压和偏拉,内力组合分别为:

22278knm、25480kn;-21808knm、-10717kn

AS等于AS’等于[Ne- (1-0.5ξ)fCKbho2]/fyK(ho-aS’)

等于0.662/1.555、b等于2、ho等于1.555、fCK等于20100、aS’等于0.045、fyK等于3.35E5

e等于ηei+0.5h-aSei等于M/N+ea等于22278÷25480+0.053等于0.9273m、


大学生如何写系统结构毕业论文
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η等于1+(lo/h)2 1 2/(1400ei/ho)等于1+(19.5/1.6)2/801.556等于1.185

代入得:AS等于AS’等于31018.5mm2,配筋率为0.969%,为介于ρmin与ρmax之间的经济配筋率.

c.顺桥向稳定核算:发生横桥向振动时,Nmax等于25480kn,而Nu等于0.9Φ(fCKA+(AS’+AS)×0.335),lo等于58.8、b等于2→Φ等于0.54,代入Nu等于95575kn,Nu>Nmax,是安全的.

三、验证结论

从上面理论分析可知,原结构在不增加特别构造、尺寸还约有减小的情况下,对拉钢绞线的办法可以确保结构在类似汶川大地震的

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罕遇地震作用下,结构内力减小几倍,从而确保结构的安全,而钢绞线用量并不大.

(作者单位:四川省武胜县公路管理养护段)


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