橋梁抗震設(shè)計之我見凌康

1、橋梁抗震設(shè)計之我見凌康 橋梁抗震設(shè)計之我見凌康 摘要：我國處于世界兩大地震帶環(huán)太平洋地震帶和亞歐地震帶之間，是一個強震多發(fā)國家，汶川、玉樹地震說明強烈地震將引發(fā)長期的社會政治、經(jīng)濟問題，并帶來難以慰籍的感情創(chuàng)傷。在抗震救災中，公路交通運輸網(wǎng)更是搶救人民生命財產(chǎn)和盡快恢復生產(chǎn)、重建家園、減輕次生災害的重要環(huán)節(jié)，所以公路橋梁是生命系統(tǒng)工程中的重要組成局部，公路橋梁抵抗震害的能力是橋梁設(shè)計中重點關(guān)注的問題之一。 關(guān)鍵詞：橋梁；抗震設(shè)計；原那么；措施 中圖分類號：TU352.1+1 文章編碼 前言 近些年來，在我國乃至世界地震災害頻頻發(fā)生，公路橋梁等交通工程在地震中遭到嚴重的破壞，為了在災害中減輕公路

2、橋梁的損害程度，我們都覺得有必要增強橋梁的抗震能力，加強橋梁工程抗震的研究。要做到預防為主兼顧治理，對現(xiàn)有的橋梁做好全面的調(diào)查，建立檔案，做好抗震設(shè)計工作，開展橋梁的抗震設(shè)計理論研究和試驗，做好抗震強度和穩(wěn)定的設(shè)計工作，滿足抗震要求。 一、橋梁的震害原因分析 現(xiàn)結(jié)合國內(nèi)外以往的地震，大局部橋梁都會受到不同程度的破壞，分析其震害原因，主要有以下幾點： 1.橋臺震害其主要表現(xiàn)為橋臺與路基一起滑動并移向河心，以致橋頭、重力式橋臺的胸腔及樁柱式橋臺的樁柱不同程度沉降、開裂、傾斜和折斷等。另外，橋頭的沉降會導致翼墻損壞并開裂，而重力式橋臺胸腔開裂會引起整個臺體被移動并下沉。 2.橋墩震害在地震力作用下橋

3、墩會不同程度的傾斜、沉降、滑移、開裂、剪斷和鋼筋裸露扭曲。 3.支座震害根據(jù)以往工作經(jīng)驗，會發(fā)現(xiàn)某些橋梁的支座設(shè)計并未充分考慮抗震的需求，如某些支座形式和材料上存在缺陷、在構(gòu)造上連接與支擋等構(gòu)造措施缺乏等，以致支座在地震力作用下會發(fā)生較大的變形和位移。 4.地基與根底震害在地震力作用下地基中的砂土會被液化，以致地基失效，根底沉降或不均勻沉降，從而導致地面較大變形，地層發(fā)生水平滑移、下層、斷裂等。地基與根底震害會使橋梁發(fā)生坍塌，給震后修復工作帶來困難。 5.梁的震害主要是有橋臺震害、橋墩震害、支座震害等，其主要表現(xiàn)為主梁墜落，這也是最嚴重的震害現(xiàn)象。 二、橋梁抗震設(shè)計原那么 合理的抗震設(shè)計，要求

4、設(shè)計出來的結(jié)構(gòu)在強度、剛度和延性等指標上有最正確的組合，使結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)濟地實現(xiàn)抗震設(shè)防的目標。要到達這個要求，就需要工程設(shè)計師深入了解對結(jié)構(gòu)地震反響有重要影響的根本因素，并具有豐富的經(jīng)驗和創(chuàng)造力，而不僅僅是按標準的規(guī)定執(zhí)行。以下為抗震設(shè)計應盡可能遵循的一些根本原那么，這些原那么基于歷次的橋梁震害教訓和當前公認的理論認識。 1.場地選擇。除了根據(jù)地震危險性分析盡可能選擇比擬平安的場址之外，還要考慮一個地區(qū)內(nèi)的場地選擇。選擇的原那么是：防止地震時可能發(fā)生地基失效的松軟場地，選擇堅硬場地。 2.體系的整體性和規(guī)那么性。橋梁的整體性要好，上部結(jié)構(gòu)應盡可能是連續(xù)的。較好的整體性可防止結(jié)構(gòu)構(gòu)件及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件在

5、地震時被震散掉落，同時它也是結(jié)構(gòu)發(fā)揮空間作用的根本條件。無論是在平面還是在立面上，結(jié)構(gòu)的布置都要力求使幾何尺寸、質(zhì)量和剛度均勻、對稱、規(guī)整，防止突然變化。 3.提高結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的強度和延性。橋梁結(jié)構(gòu)的地震破壞源于地震動引起的結(jié)構(gòu)振動，因此抗震設(shè)計要力圖使從地基傳入結(jié)構(gòu)的振動能量為最小，并使結(jié)構(gòu)具有適當?shù)膹姸?、剛度和延性，以防止不能容忍的破壞。在不增加重量、不改變剛度的前提下，提高總體強度和延性是兩個有效的抗震途徑。剛度的選擇有助于控制結(jié)構(gòu)變形；強度與延性那么是決定結(jié)構(gòu)抗震能力的兩個重要參數(shù)。由于地震動可造成結(jié)構(gòu)和構(gòu)件周期反復變形，使其剛度與強度逐漸退化，因此，只重視強度而無視延性絕對不是良好的抗

6、震設(shè)計。 4.能力設(shè)計原那么。能力設(shè)計思想強調(diào)強度平安度差異，即在不同構(gòu)件和不同破壞模式之間確立不同的強度平安度。通過強度平安度差異，確保結(jié)構(gòu)在大地震下以延性形式反響，不發(fā)生脆性的破壞模式。在我國以前的建筑抗震設(shè)計中，普遍采用“強柱弱梁，強剪弱彎，強節(jié)點弱構(gòu)件的設(shè)計思想。 5.多道抗震防線。應盡量使橋梁成為具有多道抵抗地震側(cè)向力的體系，那么在強地震動過程中，一道防線破壞后尚有第二道防線可以支撐結(jié)構(gòu)，防止倒塌。因此，超靜定結(jié)構(gòu)優(yōu)于同種類型的靜定結(jié)構(gòu)。但相對于建筑結(jié)構(gòu)，橋梁在這方面可利用的余地通常并不大。 三、橋梁的抗震設(shè)計措施 1.橋梁抗震概念設(shè)計 抗震概念設(shè)計是指根據(jù)地震災害和工程經(jīng)驗等獲得的

7、根本設(shè)計原那么和設(shè)計思想，正確地解決結(jié)構(gòu)總體方案、 材料使用和細部構(gòu)造，以到達合理抗震設(shè)計的目的 。合理抗震設(shè)計，要求設(shè)計出來的結(jié)構(gòu)，在強度、 剛度和延性等指標上有最正確的組合，使結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)濟地實現(xiàn)抗震設(shè)防的目標。 應當指出，強調(diào)概念設(shè)計重要，并非不重視數(shù)值計算，而是為了給抗震計算創(chuàng)造出有利條件，使計算分析結(jié)果更能反映地震時結(jié)構(gòu)反響的實際情況 。橋梁抗震概念設(shè)計階段的主要任務是選擇良好的抗震結(jié)構(gòu)體系，主要根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的一般要求進行。 對于采用延性抗震概念設(shè)計的橋梁，還包括延性類型選擇和塑性耗能機制選擇。 2.抗震設(shè)計方法 采用隔震支座。采用減、 隔震支座 在梁體與墩、 臺的連接處增加結(jié)

8、構(gòu)的柔性和阻尼以減小橋梁的地震反響。 大量的試驗和理論分析都說明， 采用減 、隔震支座橋梁結(jié)構(gòu)的梁體通過支座與墩、 臺相聯(lián)結(jié)的方式對橋梁結(jié)構(gòu)的地震反響有很大的影響，在梁體與墩 、臺的聯(lián)結(jié)處安裝減 、隔震支座能有效地減小墩、 臺所受的水平地震力。 采用隔震支座和阻尼器相結(jié)合的系統(tǒng) 。利用橋墩在地震作用下發(fā)生彈塑性變形耗散地震能量以到達減震的目的，利用橋墩的延性抗震。近年來，國外在橋梁減、隔震和延性抗震方面進行了許多研究， 美國新西蘭和日本等在橋梁設(shè)計標準中都列入了相應的條款。 利用橋墩延性減震 。利用橋墩的延性減震是當前橋梁抗震設(shè)計中常用的方法，橋墩延性減震是將橋墩某些部位設(shè)計得具有足夠的延性，

9、以便在強震作用下使這些部位形成穩(wěn)定的延性 、塑性鉸， 產(chǎn)生彈塑性變形來延長結(jié)構(gòu)周期， 從而耗散地震能量。 在進行延性抗震設(shè)計時， 按彈性反響譜計算塑性反響的地震荷載需要修正， 橋梁抗震設(shè)計標準采用了綜合影響系數(shù)來反映塑性變形的影響。 3.橋臺抗震 橋臺胸墻應適當加強，并增加配筋，在梁與梁之間和梁與橋臺胸墻之間應設(shè)置彈性墊塊，以緩和地震的沖擊力 采用淺基的小橋和通道應加強下部的支撐梁板或做滿河床鋪砌，使結(jié)構(gòu)盡量保持四鉸框架的結(jié)構(gòu)，以防止墩臺在地震時滑移。 當橋位難以防止液化土或軟土地基時，應使橋梁中線與河流正交，并適當增加橋長，使橋臺位于穩(wěn)定的河岸上。橋臺高度宜控制在8m 以內(nèi)；當臺位處的路堤高

10、度大于8m 時，橋臺應選擇在地形平坦、橫坡較緩、離主溝槽較遠且地質(zhì)條件相對較好的地段通過，并盡量降低高度，將臺身埋置在路堤填方內(nèi)，臺周路堤邊坡腳設(shè)置漿砌片石或混凝土擋墻進行防護， 橋臺根底酌留充裕量。 如果地基條件允許，應盡量采用整體性強的T 形、U 形或箱形橋臺，對于樁柱式橋臺， 宜采用埋置式。對柱式橋臺和肋板式橋臺，宜先填土壓實，再鉆孔或開挖，以保證填土的密實度 。為防止砂土在地震時液化，臺背宜用非透水性填料，并逐層夯實，要注意防水和排水措施。 4.橋墩抗震 利用橋墩的延性減震是當前橋梁抗震設(shè)計中常用的方法。 高墩宜采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)， 宜采用空心截面、可適當加大樁、柱直徑或采用雙排的柱式

11、墩和排架樁墩，樁、柱間設(shè)置橫系梁等，提高其抗彎延性和抗剪強度。 在橋墩塑性鉸區(qū)域及緊接承臺下樁基的適當范圍內(nèi)應加強箍筋配置， 墩柱的箍筋間距對延性影響很大， 間距越小延性越大橋墩的高度相差過大時矮墩將因剛度大而最先破壞。 可將矮墩放置在鋼套筒里來調(diào)整墩柱的剛度和強度， 套筒下端的標高同其他橋墩的地面標高。 5.支撐連接構(gòu)件抗震 墩臺頂帽上均應設(shè)置防止落梁措施，加縱、橫向擋塊以限制支座的位移和滑動 橡膠支座具有一定的消能作用，對抗震有利。在不利墩上還應采用減隔震支座及塑性鉸等消能防震裝置等選用伸縮縫時，應使其變形能力滿足預計地震產(chǎn)生的位移，并使伸縮縫支承面有足夠的寬度，同時設(shè)置限位器與剪力鍵。 四、結(jié)束語 橋梁工程的抗震設(shè)計需要每個研究者的認真對待，它的設(shè)計表達在各個階段，是一項重要的系統(tǒng)工程。在可行性研究階段，應該將抗震概念的設(shè)計進行強化，選擇橋型和橋位的時候要合理一點；初步的設(shè)計階段，將抗震體系的設(shè)計強化，把合理的抗震驗算準那么和設(shè)防標準確定下來，將結(jié)構(gòu)的總體進行分析，在設(shè)計的過程中，我們要重視抗震結(jié)構(gòu)的每一個細節(jié)。 參考文獻： 【1】 李