胡俊玲，趙彥彥

(河南黃河勘測設(shè)計(jì)研究院，河南 鄭州 450003)

1 工程概況

黃河渠村分洪閘位于河南省濮陽縣境內(nèi)，相應(yīng)左岸大堤樁號(hào)47+776～48+525處，工程始建于1976年，屬1級(jí)建筑物。工程主要作用為:當(dāng)黃河上游發(fā)生特大洪水時(shí)，向北金堤滯洪區(qū)分洪，確保黃河下游防洪安全。

渠村分洪閘設(shè)計(jì)分洪流量10000m3/s，為鋼筋混凝土灌注樁基開敞式結(jié)構(gòu)，共56孔，分離式底板。閘墩頂設(shè)排架，自上游至下游依次布置機(jī)架橋、公路橋和小鐵路橋，其中小鐵路橋已廢棄。采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁板式閘門。機(jī)架橋上布設(shè)2×80t固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)。

該工程運(yùn)行多年以來未曾進(jìn)行改擴(kuò)建和除險(xiǎn)加固，近期通過對(duì)渠村分洪閘進(jìn)行安全鑒定，該閘存在機(jī)架橋、公路橋不滿足現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)要求，啟閉設(shè)備已超過規(guī)定折舊年限、不能保證正常運(yùn)行，電氣設(shè)備嚴(yán)重老化等問題，被評(píng)定為三類閘。因此，需對(duì)該水閘進(jìn)行除險(xiǎn)加固，其中機(jī)架橋抗震設(shè)計(jì)為本工程關(guān)鍵性技術(shù)難題。

2 抗震設(shè)防目標(biāo)與等級(jí)

我國現(xiàn)階段工程結(jié)構(gòu)采用三個(gè)水準(zhǔn)的抗震設(shè)防目標(biāo)，即:小震不壞—當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時(shí)，主體結(jié)構(gòu)不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用;中震可修—當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的設(shè)防地震影響時(shí)，可能發(fā)生損壞，但經(jīng)一般修理仍可繼續(xù)使用;大震不倒—當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的罕遇地震影響時(shí)，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。

渠村分洪閘位于河南省濮陽縣，抗震設(shè)防烈度為7度，機(jī)架橋?yàn)殇摻罨炷僚偶芙Y(jié)構(gòu)，抗震等級(jí)為三級(jí)。

3 機(jī)架橋排架結(jié)構(gòu)分析

選取渠村分洪閘機(jī)架橋中墩排架進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，主要考慮抗震設(shè)防烈度7度時(shí)的地震作用組合工況。

3.1 基本條件

排架柱截面尺寸b×h=1400×500mm，截面剛度 EIc=3．21×105kN·m，柱計(jì)算高度 Hc=4．6m。

排架梁截面尺寸b×h=1400×500mm，截面剛度EIb=3．21×105kN·m，梁計(jì)算跨度l0=2．9m。

3.2 荷載計(jì)算

排架所受的荷載包括排架的自重、啟閉機(jī)梁傳遞的集中荷載以及地震荷載等。啟閉機(jī)梁傳遞的集中荷載包括屋面重量、外墻自重、設(shè)備自重、起重力、翼板自重、縱梁自重等。

經(jīng)計(jì)算，排架梁自重qk=17．5kN/m，集中荷載 Pk=1342．7kN，水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值 FEK=338kN。機(jī)架橋排架荷載計(jì)算簡圖，見圖1。

3.3 內(nèi)力分析

(1)重力荷載效應(yīng)

①線剛度

圖1 機(jī)架橋排架荷載計(jì)算簡圖

②分配系數(shù)

采用力矩分配法，計(jì)算重力荷載作用下排架彎矩、剪力結(jié)果如圖2、圖3所示。

圖2 重力作用彎矩圖(單位:kN·m)

圖3 重力作用剪力圖(單位:kN)

(2)水平地震作用效應(yīng)

采用反彎點(diǎn)法，計(jì)算水平地震作用下排架彎矩、剪力結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4 水平地震作用彎矩圖(單位:kN·m)

圖5 水平地震作用剪力圖(單位:kN)

(3)內(nèi)力組合

結(jié)構(gòu)構(gòu)件的地震作用效應(yīng)和其他荷載效應(yīng)的基本組合，應(yīng)按下式計(jì)算:

式中:

S—結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力組合的設(shè)計(jì)值;

γG—重力荷載分項(xiàng)系數(shù)，采用1．2;

γEh—水平地震作用分項(xiàng)系數(shù)，采用1．3;

SGE—重力荷載代表值的效應(yīng);

SEhk—水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)。

對(duì)于排架梁、柱內(nèi)力組合的設(shè)計(jì)值調(diào)整后，成果見表1。

表1 機(jī)架橋排架梁、柱內(nèi)力組合設(shè)計(jì)值成果表

3.4 承載力驗(yàn)算

(1)排架梁

混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用 C15，梁截面 bh=1400500mm。主筋上層5φ28、下層5φ22，箍筋φ8@300。

排架梁端彎矩、剪力設(shè)計(jì)值較跨中大，此處對(duì)梁端正截面受彎承載力、斜截面受剪承載力進(jìn)行驗(yàn)算。

(2)排架柱

混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用 C15，柱截面 bh=1400500mm。對(duì)稱主筋 3φ19+2φ22，箍筋 φ8@300。此處對(duì)柱底端正截面受彎承載力、斜截面受剪承載力進(jìn)行驗(yàn)算。

機(jī)架橋排架承載力驗(yàn)算結(jié)果如表2所示，可知排架梁、柱受彎承載力滿足設(shè)計(jì)要求，受剪承載力不滿足設(shè)計(jì)要求。

表2 機(jī)架橋排架承載力驗(yàn)算結(jié)果表

4 機(jī)架橋排架加固

4.1 排架加固方法

綜上所述，由于排架梁受剪承載力略有不足，考慮僅對(duì)排架梁端采取加固措施，加固長度為750mm，以增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)核心的抗震性能。排架柱不僅抗剪承載力不足，且柱端箍筋原設(shè)計(jì)為 φ8@300mm，也不滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011—2010)中抗震構(gòu)造措施要求，因此，考慮沿排架柱高度范圍全長加固。

近年來，粘鋼加固方法被廣泛應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)加固工程，與其它加固方法相比較，粘鋼加固具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)基本不增加構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的荷載，不改變?cè)O(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)體系和受力形式。

(2)膠粘劑硬化時(shí)間快，施工周期短，基本不影響正常運(yùn)行。

(3)膠粘劑強(qiáng)度高于混凝土本體強(qiáng)度，可以使加固體與原構(gòu)件共同工作，受力均勻。

(4)粘鋼加固一方面補(bǔ)充了原構(gòu)件鋼筋的不足，有效提高原構(gòu)件的承載力;另一方面還通過大面積的鋼板粘貼，有效地保護(hù)了原構(gòu)件的混凝土，限制裂縫的開展，提高了原構(gòu)件的剛度和抗裂能力。

因此，本次排架加固考慮采用外粘鋼板法，鋼板采用Q235鋼，厚度5mm，其外表面應(yīng)進(jìn)行防銹蝕處理。根據(jù)實(shí)際需要，外粘鋼板加工制作型式:排架柱采用“］”型，排架梁采用“」”型。粘貼鋼板外表面抹M15水泥砂漿防護(hù)層，厚度3cm。為加強(qiáng)粘貼鋼板與混凝土構(gòu)件的連接，采用化學(xué)錨栓M12×145進(jìn)行固定。

膠粘劑必須采用專門配制的改性環(huán)氧樹脂膠粘劑，其安全性檢驗(yàn)指標(biāo)應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50367—2006)中要求。

4.2 排架加固計(jì)算

排架梁、柱的正截面受彎承載力可滿足要求，因此，僅考慮對(duì)排架梁、柱進(jìn)行斜截面加固計(jì)算。

斜截面受剪承載力采用下式進(jìn)行計(jì)算:

式中:

Vco—加固前構(gòu)件的斜截面承載力;

ψvb—與鋼板的粘貼方式及受力條件有關(guān)的抗剪強(qiáng)度折減系數(shù)，取0．58;

fv—加固鋼板的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，Q235鋼取125N/mm2;

Asp—受剪鋼板的截面面積。

經(jīng)計(jì)算，排架梁受剪鋼板的截面面積Asp=139mm2，兩側(cè)受剪鋼板的截面寬度為500mm，則受剪鋼板的厚度為0．14mm;排架柱受剪鋼板的截面面積Asp=2001mm2，兩側(cè)受剪鋼板的截面寬度為500mm，則受剪鋼板的厚度為2mm。

為安全起見，并考慮施工、制作等因素，粘貼鋼板厚度取5mm。

5 結(jié)論

工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，是以現(xiàn)有科學(xué)水平和經(jīng)濟(jì)條件為前提的。目前，對(duì)于地震規(guī)律性的認(rèn)識(shí)還很不足，人們?cè)诳偨Y(jié)歷次地震災(zāi)害經(jīng)驗(yàn)中意識(shí)到:一個(gè)合理的抗震設(shè)計(jì)，在很大程度上取決于良好的“抗震概念設(shè)計(jì)”。抗震概念設(shè)計(jì)是指一些在計(jì)算或在規(guī)范中難以作出具體規(guī)定的問題，必須由工程師運(yùn)用“概念”進(jìn)行分析，作出判斷，以便采取相應(yīng)的措施。例如結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、力學(xué)概念以及由震害現(xiàn)象提供的經(jīng)驗(yàn)等，這些概念及經(jīng)驗(yàn)需貫穿在方案確定及結(jié)構(gòu)布置過程中，也體現(xiàn)在計(jì)算過程或計(jì)算結(jié)果的處理中。

對(duì)于地震區(qū)的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一般包括抗震概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)計(jì)算和抗震構(gòu)造措施三方面。通過執(zhí)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中的各項(xiàng)規(guī)定，以保證抗震概念設(shè)計(jì)的完成;通過遵循抗震概念設(shè)計(jì)的原則，使建筑物具有可靠的抗震性能。只有做到結(jié)構(gòu)功能與外部條件一致、充分利用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念、發(fā)揮結(jié)構(gòu)的功能并取得與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)、更好地解決構(gòu)造處理、利用定量的計(jì)算進(jìn)行抗震分忻、用概念判斷計(jì)算的合理性等方面，才能搞好工程結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)，對(duì)于防震減災(zāi)具有深遠(yuǎn)的意義。

［1］GB50011—2010．建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010．

［2］GB50010—2010．混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010．

［3］GB50367—2006．混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006．