¿Diseño de refuerzo sísmico para puentes de vigas simplemente apoyados?
Análisis de las formas de daño sísmico y causas de puentes de vigas simplemente apoyados
(1) Formas de daño sísmico de puentes de vigas simplemente apoyados
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Existen pocos informes sobre los daños causados por la acción sísmica a la propia estructura de vigas. Bajo la acción de un terremoto, el daño de las estructuras de vigas es causado principalmente por el daño de los miembros de soporte y conexión o el daño de la subestructura. El impacto de la caída de vigas en las paredes laterales del muelle puede dañar la subestructura.
2. Daño a la mampostería de la estructura inferior
La parte inferior generalmente se inclina, colapsa y se agrieta. La estructura de hormigón armado se agrietará ligeramente, la capa protectora de hormigón se desprenderá, las barras principales se pandearán bajo la acción de la tensión longitudinal y el núcleo de hormigón colapsará con el cambio de sección.
3. Daños a los cimientos
La capa de los cimientos expandidos y los cimientos de pilotes es relativamente dura y el daño del terremoto en sí es muy pequeño. La mayoría de ellos son desplazamientos de cimientos causados por asentamiento y deslizamiento de cimientos. Sin embargo, los pilotes se dañan al cortarlos e inclinarlos.
Causas del daño por terremoto
1. Influencia del suelo de cimentación
Debido a la licuefacción sísmica del suelo de cimentación (como hilo hilado saturado, arena arcillosa saturada) , desplazamiento sísmico La influencia de la viga también aumenta, amplificando aún más la respuesta de vibración de la estructura y aumentando la posibilidad de caída de las vigas. Cuando se utilizan cimientos de pilotes, la capacidad de carga de los cimientos de pilotes se reduce, lo que resulta en desplazamientos verticales y laterales excesivos que no están relacionados con la respuesta sísmica, especialmente para puentes de vigas simplemente apoyados. Además, debido a la debilidad de los cimientos, parte de los cimientos no logró licuarse durante el terremoto, lo que provocó graves deformaciones de toda la estructura, como inclinación y hundimiento, lo que a su vez provocó daños estructurales y graves daños por terremoto.
2. Daño del rodamiento
Bajo la acción de la fuerza del terremoto, el diseño del rodamiento no considera completamente los requisitos sísmicos, la conexión, la retención y otras medidas estructurales son insuficientes, o algún rodamiento tipos y defectos del material, lo que provoca un desplazamiento y deformación excesivos del soporte, lo que provoca que los pernos de anclaje del soporte se saquen y se corten, que el soporte móvil se caiga y que se dañe la estructura del propio soporte, lo que a su vez conduce a cambios. en forma de transmisión de fuerza estructural, que a su vez afecta a otras partes de la estructura y tiene efectos adversos en el sitio.
Defectos subestructurales
Debido a que la subestructura del puente no es capaz de resistir su propia fuerza de inercia y la fuerza sísmica de la viga principal transmitida por los soportes, la subestructura se agrieta, se deforma, Se daña e incluso se vuelca, lo que perjudica al puente. Se causaron graves daños a todo el puente.
Reflexiones sobre el diseño sísmico de puentes de vigas simplemente apoyados
Diseño conceptual sísmico
Debido a factores inciertos y complejos en la ocurrencia de terremotos, el modelo de cálculo estructural necesita para predecir los resultados Las suposiciones hechas son bastante diferentes de la situación real, por lo que es difícil para el "diseño computacional" controlar el desempeño sísmico de la estructura hasta cierto punto. Por lo tanto, el diseño sísmico de estructuras no se basa exclusivamente en cálculos. El "diseño conceptual" es en realidad más importante que el "diseño computacional". Un buen "diseño conceptual" afectará directamente el comportamiento sísmico de la estructura. Un buen "diseño conceptual" debe basarse en los requisitos funcionales del puente, el análisis estático y el desempeño sísmico para seleccionar un sistema estructural resistente a terremotos durante la etapa de diseño del puente.
En el diseño del concepto sísmico, se debe prestar atención al diseño de las partes de conexión de las estructuras superior e inferior y los orificios de transición, así como a la selección de las partes esperadas de las bisagras y pilares plásticos. ; simplemente debemos analizar las características dinámicas y evaluar la respuesta sísmica y luego analizar más a fondo los puntos débiles sísmicos de la estructura, el diseño estructural y si se puede reforzar. Para garantizar la economía y la seguridad sísmica de la estructura del puente, el sistema estructural seleccionado es un buen sistema estructural bajo las condiciones del sitio del puente. Finalmente, el desempeño sísmico se evalúa integralmente con base en los resultados del análisis y luego se decide si se modifica el plan de diseño.
(2) Diseño sísmico dúctil
El diseño sísmico de ductilidad de puentes de vigas simplemente apoyados implica principalmente realizar repetidamente las dos tareas siguientes:
Diseñar cuidadosamente el plástico esperado refuerzo de bisagras;
Para garantizar la seguridad sísmica, es necesario analizar y verificar la capacidad sísmica de toda la estructura del puente hasta que pase la verificación de capacidad sísmica.
(3) Diseño de aislamiento y reducción de vibraciones del puente
Este diseño puede mejorar la resistencia sísmica del puente y tiene las ventajas de ser simple, avanzado y económico. El dispositivo diseñado reduce principalmente la respuesta sísmica de la estructura aumentando la capacidad de disipación de energía de la estructura o aumentando el período del modo de vibración principal de la estructura para que caiga dentro de un rango de energía más pequeño.
En el diseño de aislamiento sísmico, las características estructurales y las características de frecuencia de las ondas sísmicas del sitio deben combinarse completamente para seleccionar el plan de configuración apropiado, los parámetros correspondientes y los dispositivos de aislamiento, y distribuir razonablemente la tensión y la deformación de la estructura.
Puntos clave del diseño sísmico y refuerzo de puentes de vigas simplemente apoyados
(1) Puntos clave del diseño sísmico
1 Utilizar la ductilidad de las pilas del puente. para reducir la vibración.
Utilizar la ductilidad de las pilas de puentes para reducir las vibraciones es un método comúnmente utilizado en el diseño sísmico actual de puentes. La amortiguación de la ductilidad de los pilares del puente consiste en diseñar ciertas partes del pilar del puente para que tengan suficiente ductilidad, de modo que estas partes puedan formar bisagras plásticas dúctiles estables para producir deformación elástico-plástica bajo fuertes terremotos, extendiendo así el período estructural y disipando la energía sísmica.
En el diseño sísmico dúctil, es necesario corregir la carga sísmica de respuesta plástica calculada según el espectro de respuesta elástica. El "Código para el diseño sísmico de puentes" utiliza un coeficiente de influencia integral para reflejar la influencia de la deformación plástica. La base teórica es que cuando la estructura entra en la etapa plástica, la carga sísmica se puede reducir en relación con la estructura elástica. El coeficiente de influencia integral de la estructura considera principalmente este factor.
Para estructuras de puentes de vigas simplemente apoyadas convencionales, se debe reforzar la estructura continua del tablero del puente y se debe proporcionar suficiente ancho de refuerzo para evitar que la viga principal se desplace y caiga. Además, se debe ampliar adecuadamente el ancho de las vigas y soportes del techo del pilar y se deben agregar dispositivos deflectores para evitar el desplazamiento.
En zonas sísmicas, es aconsejable adoptar estructuras de puentes con luces iguales e igual rigidez de las pilas inferiores de cada vano continuo. Los tramos desiguales y la rigidez desigual de los pilares de los puentes son propensos a sufrir daños sísmicos, lo que ha sido confirmado por muchos desastres sísmicos en el país y en el extranjero. Cuando hay una gran diferencia de altura entre los pilares, la rigidez de cada pilar se puede ajustar ajustando el tamaño del soporte superior del pilar y colocando un manguito en la parte superior del pilote para permitir el desplazamiento del cuerpo del pilar para mantener la rigidez. lo más consistente posible.
Para el diseño de puentes en zonas de alta intensidad, se deben instalar ciertos dispositivos de disipación de energía longitudinalmente, como cojinetes de reducción y aislamiento de vibraciones (como cojinetes de politetrafluoroetileno, cojinetes de caucho laminado, cojinetes de caucho con núcleo de plomo, etc.) y aumentar la flexibilidad y amortiguación de la estructura en la conexión entre vigas y pilas para soportar la misma fuerza y reducir la carga horizontal sobre el puente.
Para proporcionar suficiente sujeción al pilar del puente, se deben utilizar estribos en espiral tanto como sea posible en el diseño del pilar del puente. Además, las placas de acero longitudinales del cuerpo del pilar y los cimientos deben extenderse hacia la viga y la plataforma del pilar hasta una cierta longitud de anclaje para mejorar la ductilidad de los puntos de conexión. Los cimientos del pilar deben tener suficiente capacidad para resistir el momento de flexión y el corte. fuerza de la columna del pilar y no se permiten bisagras de plástico.
6. El puente deberá ubicarse en un tramo de río bueno y estable. Si la sección del río debe pasar por un sitio débil con poca estabilidad, la línea central del puente debe ser lo más ortogonal al río posible, de modo que incluso si un terremoto causa deslizamiento de banco, el impacto será pequeño si se cruza en diagonal; Si se utiliza, la orilla del río se deslizará fácilmente hacia el centro del río durante un terremoto, provocando que el puente se tambalee o se distorsione.
Además, se debe tener cuidado de evitar colocar pilares de puentes en el límite del terreno escarpado entre el cauce principal del río y la playa del río, de lo contrario se deben reforzar las medidas para reducir el deslizamiento.
(2) Puntos clave del diseño de refuerzo
1. Mantenimiento de conectores estructurales
Cuando los conectores de soporte no pueden soportar el desplazamiento relativo de las estructuras superior e inferior. del puente, puede perder su función correspondiente, provocando el colapso de la viga. Esta situación suele deberse a que la unidad de construcción y la unidad de mantenimiento no prestan suficiente atención al rendimiento y la calidad de las conexiones de soporte del puente. Por lo tanto, debemos realizar un mantenimiento regular de los cojinetes del puente, las juntas de dilatación y otras piezas de conexión. En la actualidad, se utilizan muchos métodos de mantenimiento en China, como el uso de topes y dispositivos de conexión de vigas para instalar en las juntas superiores, como juntas de expansión; la instalación de dispositivos de límite entre vigas adyacentes simplemente apoyadas para disipar la energía sísmica que actúa sobre el mecanismo; , Se agregaron dispositivos que consumen energía y cojinetes de aislamiento; se agregaron medidas como aumentar el ancho de la superficie de soporte; Además, cuando el puente esté en uso, los escombros de las juntas de expansión deben eliminarse en cualquier momento durante la inspección y el mantenimiento regulares de los soportes.
2. Reforzar la superestructura
Existen tres métodos principales para reforzar la superestructura: pegar placas de acero, aumentar la sección y modificar el sistema estructural. El método de refuerzo de acero adherido se utiliza principalmente cuando se producen grietas transversales graves en la parte inferior de la viga principal de puentes viga-losa. Al pegar placas de acero, barras de acero o fibras, se debe prestar especial atención a la posición de pegado, es decir, la ubicación de pegado debe estar lo más lejos posible del área de la barra de acero del eje neutro. Al mismo tiempo, también se debe prestar atención al rendimiento del adhesivo para garantizar la confiabilidad del anclaje. El método para aumentar el refuerzo de la sección transversal es principalmente agregar barras de acero a la parte inferior del puente para mejorar la flexión; resistencia de la viga principal. Al mismo tiempo, si se agregan más barras de acero, considere aumentar el área de la sección transversal de la parte inferior de la viga principal para evitar componentes demasiado reforzados.
Además, se deben instalar conectores confiables como barras de anclaje, pasadores de transmisión de potencia, llaves de corte, etc. entre materiales estructurales nuevos y viejos para evitar aumentar el peso y dañar la sección transversal original; El método de conversión se refiere principalmente a que se instalan barras de acero que pueden soportar momentos de flexión negativos en los extremos de vigas simplemente apoyadas para conectar dos vigas principales adyacentes para formar una viga continua de múltiples tramos, mejorando así la capacidad de carga del puente.
3. Reforzar la subestructura
El refuerzo de la subestructura incluye principalmente remates de columnas, muros de relleno, vigas de conexión, soportes reforzados, vigas de cubierta reforzadas, estribos y cimentaciones. Los muros de relleno tienen las características de aumentar la capacidad de carga lateral de las columnas y limitar el desplazamiento lateral de las columnas, y pueden usarse en puentes de varias columnas. Las vigas de conexión pueden aumentar la capacidad de carga lateral de las estanterías de hormigón. Las vigas de acoplamiento se pueden colocar en el nivel inferior del bastidor de hileras, en lugar de las tapas de los pilares, o entre el nivel del suelo y el nivel inferior del bastidor de hileras para ajustar la rigidez lateral de un bastidor de hileras específico; los apoyos son siempre sísmicos; la parte que se daña más fácilmente. Para fortalecer los cojinetes, generalmente se utilizan cojinetes de aislamiento para fortalecer el puente. Además, en lugar de cojinetes elásticos se utilizan cojinetes de caucho de plomo o cojinetes de cable y elásticos.
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En resumen, existen muchas medidas efectivas de refuerzo sísmico para estructuras de puentes de vigas simplemente apoyadas. Por lo tanto, siempre que se analicen y comprendan cuidadosamente la respuesta sísmica y las características de la estructura durante el proceso de diseño del puente, y se diseñen y adopten cuidadosamente una serie de medidas antisísmicas efectivas, no solo se podrán evaluar los efectos sísmicos y antisísmicos de La estructura del puente se puede lograr bien, pero la estructura del puente también se puede mejorar y potenciar los efectos funcionales, económicos y sociales.
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