铁路重力型桥墩钢板加固抗震特性实验分析

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1、铁路重力型桥墩钢板加固抗震特性实验分析1绪论1.1课题研究背景地震作为一种突发式自然灾害，近一个世纪以来破坏性地震频繁发生：如1923年发生在日本的关东大地震，1971年发生在美国的圣费南多地震，1976年发生在我国的唐山大地震，1989年发生在美国的洛玛-普雷塔地震，1995年发生在日本的阪神地震[1]，1999年发生在我国台湾的集集地震，2004年发生在印尼的苏门答腊岛的海啸，2008年发生在我国的汶川地震，2010年发生在海地的大地震，2010年发生在我国青海省的玉树地震，2011年发生在日本东海岸的9.0级地震等，给社会经济的发展和人

2、类的生命财产安全造成了巨大的损失。我国位于环太平洋地震带和亚欧地震带之间，地震活动具有频次高、强度大、分布广的基本特征，是全球大陆区域中最活跃的地震区之一，一旦破坏性地震来袭，将会对公路工程、铁路工程造成严重的破坏，致使整个交通运输网络系统瘫痪，对经济的发展造成极大的破坏[2]。桥梁是生命线工程中最重要的一环，在抗震救灾和灾后重建工作中起着至关重要的作用。已有的震害资料表明，桥梁结构在地震过程中很容易受到破坏，给交通网络的正常运行和灾区抗震救灾工作造成了致命性的冲击。一方面，随着《铁路工程抗震设计规范》GB501112006的颁布，按原来规范

3、修建的铁路桥梁已不能够满足新抗震规范的要求，需要对不能满足新规范的桥墩进行抗震加固；另一方面，随着汶川地震后新的地震烈度区划图的颁布，按旧的地震烈度区划图划分的地震区内铁路桥梁的设计烈度可能偏低而不能满足要求，为此亟需对不能满足新的抗震规范的铁路桥梁进行抗震加固。1.2桥墩在地震中的破坏模式在地震过程中，桥墩容易发生破坏，常见的破坏模式为以下三种：弯曲破坏模式、剪切破坏模式、弯剪破坏模式。桥墩只所以发生弯曲破坏，是因为桥墩的弯曲承载能力低于剪切破坏的承载能力，此破坏形式的产生，由于桥墩强度由抗弯性能控制。弯曲破坏模式属于延性破坏,发生破坏时，

4、纵向受力钢筋发生屈服，而桥墩还没有达到其极限变形能力，通常表现为墩身开裂、混凝土剥落压碎、钢筋发生弯曲并外鼓出来，产生较大的塑性变形，依靠塑性变形来消耗地震产生的能量，如图1.1。桥墩的弯曲破坏可以避免桥梁在地震过程中发生倒塌现象[3]。剪切破坏属于脆性破坏，在工程上严禁该破坏模式的发生。剪切破坏模式发生时，桥墩纵向钢筋未发生屈服,剪切破坏时位移小于屈服位移。混凝土的剪力传递、沿剪切裂缝的骨料咬合程度，在剪切破坏模式中起着主导作用。该破坏模式以墩身斜方向的剪切裂缝为主，剪切破坏是一种脆性破坏，破坏时混凝土突然拉裂，钢筋突然屈服，塑性变形能力很

5、差，通常会造成桥墩及上部结构倒塌，震害非常严重[3]，如图1.2。2铁路重力式桥墩钢板加固计算及加固施工工艺2.1引言需要进行抗震加固的桥墩，大致可分为两种情形：一是桥墩在地震过程中受到损伤，需要进行抗震加固；二是抗震设防标准的提高造成桥梁抗震性能不能满足要求[29]。在桥墩的抗震加固中，应遵循以下的基本原则：（1）全面掌握加固桥墩的现状；（2）尽量减少加固对原桥墩的损伤；（3）要避免在加固后形成薄弱环节转移；（4）新旧结构的连接必须可靠；（5）选择适当的抗震加固方法。桥墩抗震加固方法主要有以下几种：增大截面加固法、碳纤维加固法、外粘钢板加固

6、法、外粘型钢加固法、钢板箍加固法。2.2基本假定和材料的本构关系假设经高强复合砂浆处理后墩身强度与原桥墩模型相同，钢板发生屈服时，受压区混凝土发生压碎破坏，钢板应变和边缘混凝土的应变一致。由于试验破坏后粘钢加固桥墩的最不利截面为墩底截面，且桥墩的配筋率较低，进行简化计算时，不考虑桥墩纵向钢筋的影响，粘钢加固截面见图2.4，钢板屈服时的应力及应变分布图见图2.5。钢板加固桥墩在侧向水平往复荷载的作用下刚度和强度不发生变化，墩底截面钢板发生首次屈服时的屈服位移,0.001spyε=，受压区混凝土的高度为x，侧向水平荷载作用点距墩顶

7、的距离为100mm，计算时考虑次要受力面加固钢板的影响[33]，将钢板的受力作用点简化为距中性轴的距离为(bx)/3，根据平截面假设，可以得出：在进行化学植筋时，不允许前四种破坏形式的出现，因为发生前四种破坏形式时，说明植筋胶的粘结强度较低，钢筋的极限抗拉强度没有充分发挥。通常通过限制锚固钢筋的埋植深度来避免前四种破坏形式的出现[32]，植筋锚固钢筋的破坏模式见图2.6。《混凝土结构后锚固技术规程》规定：基材混凝土强度等级不得低于C20，化学植筋的钢筋及螺杆，应采用HRB400级和HRB335级带肋钢筋及Q235和Q345钢螺杆，在钢混凝土的

8、粘结抗拉过程中，其破坏应发生在混凝土中，不允许发生在胶层，钢筋出现拉断现象[32]。3桥墩模型的设计、制作、加载试验......253.1概述.........25