日本混凝土桥墩的抗震补强设计与加固方法

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1、日本混凝土桥墩的抗震补强设计与加固方法：简要介绍日本钢筋混凝土桥墩抗震补强设计流程方法和补强加固方法，并对补强加固方法特点做了归纳总结。最后对我国现有的桥梁进行抗震补强的重要性进行了阐述。　　关键词：日本；混凝土桥墩；抗震补强设计；补强加固方法　　　　地震因其发生的突然性和巨大破坏力被列为各种自然灾害之首。桥梁作为抗震救灾生命线之一的公路的咽喉要道，在保障公路通畅中起着至关重要的作用。日本是地震频发的国家，从1995年兵库县南部大地震受灾以来，日本于1996，2002年两次对抗震设计规范进行了大幅度修改和完善，提高桥梁的抗震性

2、能。同时根据新的设计要求，对未受地震毁害的既有桥梁也制定抗震设计方法和加固补强方法。按此方法对日本既有桥梁展开抗震性能诊断并对危险桥梁采取了加固补强措施。　　1、设计流程　　首先进行设计前准备工作。包括收集设计计算书，竣工图等相关资料以及桥梁补强维修等记录报告，进行实地勘察，确定实地的施工等制约条件，根据现有资料整理设计条件。之后按照既有桥墩的补强设计流程图(图1)进行设计.　　2、既有桥墩现况验算　　根据耐震性能的要求，对既有桥墩采用地震时保有水平耐力法进行验算。地震时保有水平耐力法是考虑构造物塑性域的水平耐力和变形性能，按

3、照能量一定准则推算出等效的弹性强度的静力计算方法。　　2.1设计地震加速度　　既有桥墩的验算时，不使用概率较大强度的level1地震，而使用概率较小的大强度level2地震。其中level2地震又分成两类：板块边界型TypeⅠ地震(如1923年关东大地震)；内陆直下型TypeⅡ地震(如阪神地震)。　　2.2桥墩耐力　　受弯水平耐力在上部构造惯性力作用位置加载水平力，考虑箍筋横拘束效果的混凝土和钢筋的应力应变曲线关系，计算出受弯引起的开裂，初降伏，终局时的弯矩和曲率，推算出水平耐力以及相对应的水平位移。开裂是受弯侧混凝土断面最外

4、侧达到混凝土抗弯强度时。初降伏是受弯侧混凝土断面最外侧钢筋达到屈服强度时。终局时是受压侧最外侧钢筋位置的混凝土达到混凝土抗压极限强度时。桥墩剪切耐力是考虑到诸方面的影响因素由混凝土和钢筋剪切耐力共同承担。　　2.3破坏型态的判定　　2.3.1段落部破坏的判定　　段落部是指桥墩的基部到墩帽之间主筋量发生变化的位置。按照以下公式判定。　　(MTy0/ht)/(MBy0/hb)＜1.2时：段落部破坏　　(MTy0/ht)/(MBy0/hb)≧1.2时：基部破坏　　式中，MTy0：段落部断面的初降伏弯矩　　ht：段落部断面到上部构造惯

5、性力作用位置的高度　　MBy0：桥墩基部断面桥墩初降伏弯矩　　hb：桥墩基部断面到上部构造惯性力作用位置的高度　　2.3.2基部破坏的判定与地震保有水平耐力　　由2.2计算得到桥墩终局时水平耐力与剪切耐力按照以下公式比较判定破坏型态。　　(1)Pu≦Ps弯曲破坏型：Pa＝Pu（且Pc＜Pu）　　(2)Ps＜Pu≦Ps0受弯到剪切破坏的渐变型：Pa＝Pu　　(3)Ps0＜Pu剪切破坏型：Pa＝Ps0　　式中，Pa：地震保有水平耐力；Pu：终局时水平耐力；　　Pc：开裂时的水平耐力；Ps：剪切耐力；Ps0：地震正负交互影响相关辅正

6、系数Cc＝1.0时的桥墩的剪切耐力　　2.4安全性的判定　　桥墩安全性按照以下公式的要求进行判定。　　(1)Pa≧khc•Ｗ　　(2)δR≦δRa　　式中，Ｗ：桥墩等价重量Ｗ＝Ｗu+Cp•Ｗp　　Ｗu：桥墩支持上部构造重量　　Cp：等价重量算出系数（弯曲破坏型或受弯到剪切破坏的渐变型：Cp＝0.5;剪切破坏型：Cp＝1.0）　　Ｗp：桥墩躯体重量　　δR：桥墩残留变位δR＝CR(μr-1)(1-r)δy　　CR：残留变位辅正系数(钢筋混凝土桥墩CR＝0.6)　　r：桥墩降伏刚性与降伏后2次刚性比(钢筋混

7、凝土桥墩r＝0)　　δy：桥墩降伏变位　　μr：桥墩应答塑性率μr＝1/2{(Khc•Ｗ/Pa)²+1}　　δRa：桥墩残留变位的容许值（桥墩基部到上部构造惯性力作用位置的高度1/100）　　3、补强方法的选定　　根据桥墩现况验算结果，和对经济性，施工性和外界制约等进行综合评价，最终选定一种补强方法。最主要有以下3种补强方法。　　3.1钢筋混凝土补强　　在既有桥墩的外侧配置主筋和箍筋后浇注混凝土。一般混凝土厚度250mm～500mm。在承台中嵌入锚固钢筋大幅度提高桥墩受弯耐力。增加箍筋的钢筋径提高桥墩剪切

8、耐力。增加横向箍筋的体积比提高桥墩整体延性。施工造价比较低，实际工程案例多。　　3.2钢板补强　　在既有桥墩的外侧包裹钢板，在钢板和混凝土之间加水泥砂浆或树脂等填充材粘结密实。一般厚度在30mm以下。在承台上嵌入锚固钢筋提高桥墩受弯耐力。增加钢板厚度提高桥墩剪切耐力和整体延性