論提高橋梁抗震性能設(shè)計(jì)策略

1、論提高橋梁抗震性能設(shè)計(jì)策略摘要:本文分析了我國(guó)橋梁產(chǎn)生震災(zāi)的主要原因，以及我國(guó) 現(xiàn)階段在提高橋梁抗震設(shè)計(jì)中存在的種種問題，并以此針對(duì) 如何提高橋梁的抗震性能設(shè)計(jì)的策略提出自己的見解。關(guān)鍵詞:橋梁抗震;設(shè)計(jì)方法;地震災(zāi)害:應(yīng)用我國(guó)是世界上的多地震國(guó)家之一，近些年發(fā)生的幾次大 地震使橋梁結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞,但也使我們獲取了關(guān)于結(jié)構(gòu) 地震反應(yīng)的極其寶貴的資料。因此橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)一直 受到社會(huì)重視?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)被各國(guó)廣泛討論,并被認(rèn) 為是將來抗震設(shè)計(jì)的主要發(fā)展方向。目的就是在未來的抗震 設(shè)計(jì)中，希望在不同強(qiáng)度地震水平的作用下，能夠有效地控制 橋梁的破壞和使用功能喪失的狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)明確的不同

2、 性能水平。、產(chǎn)生橋震災(zāi)害的主要原因當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，首先是場(chǎng)地和地基破壞，從而產(chǎn)生橋梁破 損并引起其它災(zāi)害。場(chǎng)地和地基的破壞作用,大致有地面破 裂、滑坡和坍塌，地基失效等幾種類型。這種破壞作用，對(duì)位 于斜坡地貌及軟弱土質(zhì)地基上的橋梁工程影響較大。地震發(fā) 生后,橋梁的破壞形式一般表現(xiàn)為:橋臺(tái)錐體、墩周鋪?zhàn)o(hù)開裂, 甚至滑移;墩臺(tái)身位移,支座錨栓剪斷，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生落梁現(xiàn)象; 砂土液化，橋墩下沉;墩臺(tái)身開裂，嚴(yán)重時(shí)橋梁倒塌。（一）支承連接件失效由于上下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了支承連接件不能承受的相對(duì)位移, 使支承連接件失效,上部與下部結(jié)構(gòu)脫開，導(dǎo)致梁體墜毀。由 于落梁的強(qiáng)烈沖擊力，下部結(jié)構(gòu)將遭受嚴(yán)重破壞。支承連接件

3、失效的原因,主要是設(shè)計(jì)低估了相鄰跨之間的相對(duì)位移。為了 解決這個(gè)問題，目前國(guó)內(nèi)外的通常做法是增加支承面寬度和 在簡(jiǎn)支的相鄰梁之間安裝縱向約束裝置。（二）下部結(jié)構(gòu)失效主要是指橋墩和橋臺(tái)失效。橋墩和橋臺(tái)如果不能抵抗自身的慣性力和由支座傳遞來的上部結(jié)構(gòu)的地震力，就會(huì)開裂 甚至折斷，其支承的上部結(jié)構(gòu)也將遭受嚴(yán)重的破壞。鋼筋混凝 土柱式橋墩大量遭受嚴(yán)重?fù)p壞,是近期橋梁震害的一個(gè)特點(diǎn) 其原因主要是橫向約束箍筋數(shù)量不足和間距過大，因而不足 以約束混凝土和防止縱向受壓鋼筋屈曲。目前的解決辦法是 通過能力設(shè)計(jì)和延性設(shè)計(jì)，使橋梁的屈服只發(fā)生在預(yù)期的塑 性較部位,其余結(jié)構(gòu)保持彈性。（三）軟弱地基失效 如果下部結(jié)構(gòu)周

4、圍的地基易受地震震動(dòng)而變?nèi)酰虏拷Y(jié)構(gòu)就可能發(fā)生沉降和水平移動(dòng)。如砂土的液化和斷層等,在地震 中都可能引起墩臺(tái)的毀壞。地基失效引起的橋梁結(jié)構(gòu)破壞, 有時(shí)是人力所不能避免的，因此在橋梁選址時(shí)就應(yīng)該重視，并 設(shè)法加以避免。如果無法避免時(shí),則應(yīng)考慮對(duì)地基進(jìn)行處理或 采用深基礎(chǔ)。（四）軟弱的下部結(jié)構(gòu)破壞即由于橋梁下部結(jié)構(gòu)不足以抵抗其自身的慣性力和支座 傳遞的主梁的地震力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)下部的開裂、變形和失效，甚 至傾覆，并由此引起全橋的嚴(yán)重破壞。二、橋梁抗震設(shè)計(jì)中存在的問題 （）強(qiáng)度抗震設(shè)計(jì)單一 我國(guó)公路橋梁按現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，只需進(jìn)行設(shè)計(jì)地震力作用下的強(qiáng)度驗(yàn)算,而近期的橋梁震害事實(shí)和當(dāng)前的抗 震設(shè)計(jì)理論

5、，都反復(fù)闡明了單一的強(qiáng)度設(shè)防無法保證橋梁結(jié) 構(gòu)具有令人滿意的抗震性能。如在美國(guó)諾斯雷奇地震和日本 阪神地震中，處于強(qiáng)震區(qū)的橋梁遭受到超過設(shè)計(jì)地震加速度 34倍甚至更大的地面運(yùn)動(dòng)加速度，按早期規(guī)范規(guī)定僅進(jìn)行 強(qiáng)度抗震設(shè)計(jì)的橋梁，無法抵御如此巨大的地震力作用而均 遭受嚴(yán)重破壞;相反的，處于同一地區(qū)、按新規(guī)范進(jìn)行強(qiáng)度和延性設(shè)計(jì)或者經(jīng)過延性抗震加固的橋梁，則都表現(xiàn)出良好 的抗震性能。因此，單一的強(qiáng)度設(shè)防原則是我國(guó)目前公路橋梁 抗震設(shè)計(jì)中存在的最主要問題。（二）細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)的問題細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，早已為歷次地震實(shí)踐所證明。在地震區(qū)，橋墩中的橫向箍筋和縱向鋼筋的錨固應(yīng)符合抗震規(guī)范要求。但目

6、前我國(guó)仍有設(shè)計(jì)和施工單位為考慮 施工方便，箍筋不按要求在端部彎成135。彎鉤并伸入混凝土 核心，而是直接做成短的直角形。此外，橋墩中的箍筋間距 和體積配箍率也應(yīng)達(dá)到一定要求，以滿足約束混凝土和防止 縱筋屈曲要求。但國(guó)內(nèi)外已有的大量實(shí)驗(yàn)表明,現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定 的體積配箍率不足于滿足上述要求。特別值得注意的是，我國(guó) 目前公路橋梁橋墩設(shè)計(jì)中采用的典型的體積配箍率,與日本 阪神地震中嚴(yán)重破壞的橋墩的體積配箍率相差無幾。綜上所述，不合理的抗震設(shè)計(jì)理論和不良的抗震設(shè)計(jì)是引 起橋梁結(jié)構(gòu)災(zāi)難性破壞的根本原因，現(xiàn)行的我國(guó)公路橋梁抗 震設(shè)計(jì)所依據(jù)的規(guī)范已無法滿足公路橋梁抗震設(shè)防的要求。三、加強(qiáng)橋梁抗震的措施在橋梁結(jié)構(gòu)

7、體系的選擇、橋型布置、路線走向以及橋梁結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)中可以采取以下措施以達(dá)到結(jié)構(gòu)防震、減少震 害的效果:對(duì)常規(guī)的簡(jiǎn)支橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)橋面的連續(xù)構(gòu)造，以及需提 供足夠的加固寬度以防止主梁發(fā)生位移落梁,另外還應(yīng)適當(dāng) 的加寬墩臺(tái)頂蓋梁及支座的寬度，并增設(shè)防止位移的隔擋裝橋梁位置應(yīng)選在良好和穩(wěn)定的河段，如果必須在穩(wěn)定性差的軟弱場(chǎng)地上河段通過時(shí),應(yīng)盡量采用橋梁中線與河流正交,這樣即使地震產(chǎn)生河岸滑移，影響也較小;若采用斜交,地震時(shí) 極易產(chǎn)生河岸向河心滑移，會(huì)使橋梁隨之發(fā)生錯(cuò)動(dòng)或扭轉(zhuǎn)破 壞。另外，應(yīng)注意在主河槽與河灘分界的地形突變處,應(yīng)盡量 避免設(shè)墩，否則應(yīng)加強(qiáng)措施以減免滑移。對(duì)采用橡膠支座而無 固定支座的橋

8、跨，應(yīng)加設(shè)防移角鋼或設(shè)擋軌，作為支座的抗震 設(shè)計(jì)。在地震區(qū)的橋梁結(jié)構(gòu)以采用跨度相等、每聯(lián)連續(xù)跨內(nèi)下部墩身剛度相等為宜。跨度不均，墩身剛度不等極易發(fā)生震 害。對(duì)各墩高度相差較大的情況可采用調(diào)整墩頂支座尺寸和 樁頂設(shè)允許墩身位移的套筒來調(diào)整各墩的剛度，以便使之剛 度盡量保持一致。對(duì)高烈度區(qū)的橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)在縱向設(shè)置一定的消能裝置，如 采用減、隔震支座,以及在梁體和墩臺(tái)的連接處增加結(jié)構(gòu)的柔 性和阻尼以便共同受力和減小水平橋梁荷載。由于拱橋?qū)χё轿灰剖置舾?，而兩邊橋臺(tái)的非同步激振會(huì)引起較大的偽靜力反應(yīng),有時(shí)甚至?xí)笥趹T性力所引 起的動(dòng)力反應(yīng)，因此要求震區(qū)的拱橋墩臺(tái)基礎(chǔ)務(wù)必設(shè)置于整 體巖盤或同一類型的

9、場(chǎng)址以保證震時(shí)各支座的同步激振。橋梁的基礎(chǔ)應(yīng)盡可能的建在可靠的地基上，否則軟土的液化會(huì)加大地震反應(yīng)。地震區(qū)橋跨不宜太長(zhǎng)，大跨度意味著墩柱 承受的軸向力過大，從而降低墩柱的延性力。墩柱設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能的使用螺旋形箍筋，以便為墩柱提供足夠的約束。另外墩身及基礎(chǔ)的縱向鋼盤伸入蓋梁和承臺(tái)應(yīng)有一定的錨固長(zhǎng)度以增強(qiáng)連接點(diǎn)的延性，并且，橋墩基腳處應(yīng) 有足夠的抵抗墩柱彎矩與剪切力的能力,不允許有塑性較接。采用將橋墩某些部位設(shè)計(jì)成具有足夠的延性，以使在強(qiáng)震作用下使該部位形成穩(wěn)定的延性塑性較，并產(chǎn)生彈塑性變形 來延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)周期，耗散地震力。采用上部結(jié)構(gòu)和橋墩完 全連接的剛構(gòu)體系,并且樁尖穿過可液化層達(dá)到堅(jiān)硬土層上, 由于結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù)增大和堅(jiān)實(shí)的樁尖承載能力的保證, 減少了由于土壤變形而失效的可能性。結(jié)論: 總而言之,目前用于橋梁抗震設(shè)計(jì)的方法很多，各有優(yōu)缺點(diǎn)，大部分都是基于計(jì)算機(jī)程序化計(jì)算。在實(shí)際工程實(shí)踐中, 應(yīng)根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)要求合理選擇抗震設(shè)計(jì)方法。參考文獻(xiàn): 曾輝論橋梁的抗震設(shè)計(jì)及其在我國(guó)的應(yīng)用j科技資訊,2009(02).2 鄭