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一个系数就能解决承台抗震设计问题?

 lylla 2019-01-11

声明:本文纯属作者个人技术观点,与其他单位无关。

作者简介:邱明兵

《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008编委

《建筑桩基技术规范应用手册》2010年,第三作者

《建筑地基沉降控制与工程实例》2011年

《建筑结构震害机理与概念设计 》2011年

国家一级注册结构工程师(2003年)

注册土木工程师(岩土)(2005年)

高级工程师

中国土木工程学会土力学及岩土工程分会桩基础学术委员会委员

中国工程建设标准化协会地基基础专业委员会委员


这两天正好有读者来问承台抗震设计的事情,本事是个极其复杂和重要的事情,奈何问起来了,今天就不自量力说说这个主题。


N大名著之——建筑地基基础设计方法及实例分析(第二版)P345写到:

七、设计建议

4.进行承台的抗震验算时的步骤如下

1)根据现行《抗震规范》的规定,确定承台的受弯、受剪切承载力验算的抗震调整系数ɣRE;

2)将抗震设计的弯矩设计值ME及剪力设计值VE,按下列公式换算成对应于非抗震时的弯矩设计值M和剪力设计值V:

M=ɣREME    (7.5.40)

V=ɣREVE     (7.5.41)

3)按相应的M和V的设计值,按非抗震时的计算公式和图表进行承台的抗震验算。


各位读者,初看这个计算式子,是不是觉得很新奇呢?

我们来看看这段“设计建议”的出处。


钢筋混凝土承台设计规程 CECS88:97 > 3 基本规定 > 3.2 设计原则

3.2.3 抗震设计时,应按《建筑抗震设计规范》GBJ ll的规定对承台进行截面抗震验算,应采用下列设计表达式:

式中 

γRE --承载力抗震调整系数,应按表3.2.3采用;当仅考虑竖向地震作用时,均可采用1.0。

SE --承台的地震作用效应和其它荷载效应基本组合的内力设计值,按《建筑抗震设计规范》GBJ11的规定进行计算。

注:本规程仅按非抗震设计给出承载能力极限状态设计表达式;对于抗震设计,应符合本条的规定。


各位读者可以看到,这是10几年前一本协标的设计规定。当年仅仅对承台承载力进行调整,对应工况是地震作用效应和其它荷载效应基本组合的内力设计值。

当年编规范的有他们的认知,毕竟是1997年前的事儿,而且还是协会标准。


但是10多年后把这段话写出来,推荐给广大读者,恐怕需要重新解读。

这么多年过去了,按照我们现在的认知,可以问问:这个内力设计值是调整前还是调整后呢?调整的系数是怎样的?

要知道,我们现在设防目标是“小震不坏,中震可修”。那么承台是否也按照这个设防目标去做,允许“中震可修”呢?

单单引入一个承台承载力抗震调整系数距离抗震设计还有很远的距离吧!


现在对承台抗震设计是什么观点呢?

我们来看看他山之玉!

先看公路桥梁。

上规范。


公路桥梁抗震设计细则 JTG/T B02-01-2008 > 6 抗震分析 > 6.8 能力保护构件计算

6.8.5  梁桥基础沿顺桥向、横桥向的弯矩、剪力和轴力设计值应根据墩柱底部可能出现塑性铰处沿顺桥向、横桥向的弯矩承载力(考虑超强系数φO)、剪力设计值和墩柱最不利轴力来计算。

条文说明:

公路桥梁抗震设计细则 JTG/T B02-01-2008 > 6 抗震分析 > 6.8 能力保护构件计算

6.8.5  鉴于在地震过程中,如基础发生损伤,难以发现并且维修困难,因此要求采用能力保护设计原则进行基础计算和设计,以保证基础在达到它预期的强度之前,墩柱已超过其弹性反应范围。梁桥基础沿横桥向、顺桥向的弯矩、剪力和轴力设计值应根据墩柱底部可能出现塑性铰处的弯矩承载能力(考虑超强系数φO)、剪力设计值和相应的墩柱轴力来计算(图6-6),在计算这些设计值时应和自重产生的内力组合。

图6-6中,Mxzc、Mxhc分别为墩柱底截面按实配钢筋,采用材料强度标准值和轴压力计算出沿顺桥向和横桥向的正截面抗弯承载力所对应的弯矩值;CcO、VιcO分别为墩柱底部塑性铰沿横桥向和顺桥向的剪力设计值;Pmin、Pmax为沿横桥向相应墩柱下端截面出现塑性铰时墩柱的最大和最小轴力。


公路桥梁对基础抗震设计进行了详细的约定,很有参考价值。

再看看城市桥梁。

上规范。


城市桥梁抗震设计规范 CJJ 166-2011 > 7 抗震验算 > 7.4 能力保护构件验算

7.4.3 根据本规范第6.6节计算的基础弯矩、剪力和轴力设计值和永久作用效应组合后,应按现行行业标准《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63进行基础强度验算。在验算桩基础截面抗弯强度时,截面抗弯能力可采用材料强度标准值计算。

条文说明:

城市桥梁抗震设计规范 CJJ 166-2011 > 7 抗震验算 > 7.4 能力保护构件验算

7.4.3~7.4.4 桥梁基础、盖梁以及梁体为能力保护构件,墩柱的抗剪按能力保护设计方法设计。为了保证其抗震安全要求其在E2地震作用下基本不发生损伤;可参照行业标准 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62—2004和《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63—2007的相关规定进行验算,但考虑到地震是偶遇荷载,可采用标准值计算。


城市桥梁抗震设计规范 CJJ 166-2011 > 6 抗震分析 > 6.6 能力保护构件计算

6.6.1 在E2地震作用下,如结构未进入塑性,桥梁墩柱的剪力设计值,桥梁盖梁、基础和支座的内力设计值可采用E2地震作用的计算结果。

条文说明:

城市桥梁抗震设计规范 CJJ 166-2011 > 6 抗震分析 > 6.6 能力保护构件计算

6.6.1 在E2地震作用下,截面尺寸较大的桥墩可能不会发生屈服,这样采用能力保护方法计算过于保守,可直接采用E2地震作用计算结果。在判断桥墩是否屈服时,屈服弯矩可以采用行业标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62—2004中偏心受压构件的受弯承载能力近似代表,但计算偏心受压构件的受弯承载能力时应采用材料标准值。


那么,什么是E2地震作用呢?


城市桥梁抗震设计规范 CJJ 166-2011 > 2 术语和符号 > 2.1 术语

2.1.5 E2 地震作用 earthquake action E2
    工程场地重现期较长的地震作用,对应于第二级设防水准。


城市桥梁抗震设计规范 CJJ 166-2011 > 3 基本要求 > 3.1 抗震设防分类和设防标准

3.1.2 本规范采用两级抗震设防,在E1和E2地震作用下,各类城市桥梁抗震设防标准应符合表3.1.2的规定。

现在来总结一下:

用一个承台承载力抗震调整系数,就试图解决承台抗震设计问题,看似“简单实用”,看似“接地气”;实际忽视了重要的基本原理,忽视了抗震设计的体系性。

如果要将承台纳入抗震设防体系,首先要解决的是“抗震设防目标”问题。然后又一系列设计调整和措施,关于此,可参见《建筑桩基技术规范应用手册》,有较为详细的阐述。但距离规范的完备性还有距离。所以仅仅作为参考而已。

不土不木规范 “抗震调整系数”相关规范条文 小程序


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