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全国注册结构工程师考试教程:地震作用及撞击标准

【摘要】:地震作用分竖直方向与水平方向。根据《通用规范》第4.4.1条,地震动峰值加速度等于0.10g、0.15g、0.20g、0.30g地区的公路桥涵,应进行抗震设计。表7.2-14 内河船舶撞击作用的标准值2)当缺乏实际调查资料时,海轮撞击作用的标准值可按表7.2-15采用。

偶然荷载主要是指在设计基准期内不一定出现,但一旦出现,其持续时间很短而数值很大的荷载,它包括地震力和船只或漂流物撞击力和汽车撞击力。偶然荷载会对结构安全产生非常巨大的影响,甚至发生桥梁毁坏和交通中断,因此,建造在地震区或有可能受到船只、漂流物或汽车撞击的桥梁应进行谨慎的抗震和防撞设计。

1.地震作用

地震力主要是指地震时强烈的地面运动引起的结构惯性力,它是随机变化的动力荷载,其值的大小决定于地震强烈程度和结构的动力特性(频率与阻尼等)以及结构或杆件的质量。地震作用分竖直方向与水平方向。经验表明,地震的水平运动是导致结构破坏的主要因素,结构抗震验算时,一般主要考虑水平地震作用。因此,在工程设计中,凡计算作用在结构上的地震力都是指水平地震力(简称地震力)。

根据《通用规范》第4.4.1条,地震动峰值加速度等于0.10g、0.15g、0.20g、0.30g地区的公路桥涵,应进行抗震设计。地震动峰值加速度大于或等于0.40g地区的公路桥涵,应进行专门的抗震研究和设计。地震动峰值加速度小于或等于0.05g地区的公路桥涵,除有特殊要求者外,可采用简易设防。做过地震小区划的地区,应按主管部门审批后的地震动参数进行抗震设计。另外,公路桥梁地震作用的计算及结构的设计,应符合现行《公路工程抗震设计细则》(JTG/TB 02—01—2008)的规定。

2.船只或漂流物撞击力

船只或漂流物撞击力在有可能的条件下,应采用实测资料或模拟撞击试验进行计算,并借此进行防撞设施的设计。当无实测资料时,撞击力可参照《通用规范》第4.4.2条。

位于通航河流或有漂流物的河流中的桥梁墩台,设计时应考虑船舶或漂流物的撞击作用,其撞击作用标准值可按下列规定采用或计算:

1)当缺乏实际调查资料时,内河上船舶撞击作用的标准值可按表7.2-14采用。对于四、五、六、七级航道内的钢筋混凝土桩墩,顺桥向撞击作用可按表7.2-14所列数值的50%考虑。

表7.2-14 内河船舶撞击作用的标准值

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2)当缺乏实际调查资料时,海轮撞击作用的标准值可按表7.2-15采用。

表7.2-15 海轮撞击作用的标准值

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3)可能遭受大型船舶撞击作用的桥墩,应根据桥墩的自身抗撞击能力、桥墩的位置和外形、水流流速、水位变化、通航船舶类型和碰撞速度等因素作桥墩防撞设施的设计。当设有与墩台分开的防撞击的防护结构时,桥墩可不计船舶的撞击作用。

4)漂流物横桥向撞击力标准值可按式(7.2-12)计算

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式中 W——漂流物重力(kN),应根据河流中漂流物情况,按实际调查确定;

V——水流速度(m/s);

T——撞击时间(s),应根据实际资料估计,在无实际资料时,可用1s;

g——重力加速度(m/s2),g=9.81m/s2

5)内河船舶的撞击作用点,假定为计算通航水位线以上2m的桥墩宽度或长度的中点。海轮船舶撞击作用点需视实际情况而定。漂流物的撞击作用点假定在计算通航水位线上桥墩宽度的中点。

3.汽车撞击力

《通用规范》第4.4.3条规定,桥梁结构必要时可考虑汽车的撞击作用。汽车撞击力标准值在车辆行驶方向取1000kN,在车辆行驶垂直方向取500kN,两个方向的撞击力不同时考虑,撞击力作用于行车道以上1.2m处,直接分布于撞击涉及的构件上。

对于设有防撞设施的结构构件,可视防撞设施的防撞能力,对汽车撞击力标准值予以折减,但折减后的汽车撞击力标准值不应低于上述规定值的1/6。

另外,高速公路上桥梁的防撞护栏应按现行《高速公路交通安全设施设计及施工技术规范》的有关规定执行。

因此,为防止或减少因撞击而产生的破坏,对易受到汽车撞击的结构构件的相关部位应采取相应的构造措施,并增设钢筋或钢筋网。