橋梁抗震設計及對策分析

1、橋梁抗震設計及對策分析    摘要：為保障公路橋梁設施的完好，發(fā)揮其在抗震救災中的作用，需對公路橋梁設計進行深入的抗震計算和研究。本文介紹了橋梁抗震設計基本原理，分析了橋梁抗震設計對策。    關鍵詞：橋梁; 抗震; 設計; 對策 我國地震的特點是發(fā)生頻率高、強度大、分布范圍廣、傷亡大、災害嚴重。突發(fā)的強烈地震不僅使建設成果毀于一旦，而且還會給人民的生命財產造成不可估量的損失。橋梁作為生命線系統(tǒng)工程中的重要組成部分，在各種救災中，發(fā)揮著重要作用。因此應確保橋梁在強烈地震后能夠不需修復或簡單修復可繼續(xù)使用的能力。一、

2、橋梁抗震設計基本原理結構地震響應分析方法可以分為確定性方法和非確定性( 或概率性) 方法兩大類。確定性方法是以確定性的荷載作用于結構，求解該確定性荷載作用下結構動力反應的方法。彈性靜力法、反應譜法和時程分析法均屬于確定性方法。非確定性方法將地震視為隨機過程，以此隨機地震動作用于結構，求出結構動力響應統(tǒng)計量。1、確定性方法（1）靜力法最早在1899 年，由日本學者大房森吉提出，該法假設結構各部分與地震動具有相同的振動規(guī)律。結構因地震力引起的慣性力等于地面運動加速度與結構總質量的乘積，以此慣性力作為靜力施加于結構，進行結構線彈性靜力分析。（2）反應譜法反應譜方法的基本原理是，作用于結構的實際地震波

3、是由含有一定卓越頻率的復雜波組成，當?shù)卣鸬淖吭筋l率和結構的固有頻率相一致時，結構物的動力反應就會變大。不同周期單自由度振子在某一地震記錄激勵下，可得到體系周期與絕對加速度、相對速度和相對位移的最大反應量之間的關系曲線，即加速度反應譜、速度反應譜和位移反應譜。由于客觀存在隨機因素影響，使得不同地震記錄得到反應譜具有很大隨機性、離散性，實際應用的規(guī)范反應譜是大量地震記錄輸入后得到眾多反應譜曲線經統(tǒng)計平均和光滑后而得到的。結構物可以簡化為多自由度體系，多自由度體系的地震反應可以按振型分解為多個單自由度體系反應的組合，每個單自由度體系的最大反應可以從反應譜求得。（3）時程分析法時程分析法是將實際地震動

4、記錄或人工生成的地震波作用于結構，直接對結構運動方程進行數(shù)值積分而求得結構地震反應的時間歷程。時程分析法由于采用了符合場地情況的具有概率意義的加速度過程作為地震動的輸入，因此可以精確地考慮結構基礎土的相互作用、地震波多點輸入等因素而建立結構動力計算模型和結構地震響應振動方程。但為了較合理的體現(xiàn)地震荷載的隨機性，同一輸入點的地面運動需要多組加速度時程進行模擬，之后作統(tǒng)計處理，計算量十分龐大。2、非確定性方法隨機振動法建立在地面運動統(tǒng)計特征的基礎上，把具有統(tǒng)計性質的地震動作用到結構上，提供了結構響應的統(tǒng)計度量，不受任意選擇的某一輸入運動控制。由于隨機振動法已經考慮了地震發(fā)生時地面運動的概率統(tǒng)計特性

5、，被認為是一種較為先進的分析工具。盡管還有種種不夠成熟之處，現(xiàn)已被作為與反應譜法、時程分析法并行的一種抗震分析方法列入我國規(guī)范。二、橋梁抗震設計對策分析根據(jù)橋梁震害的分析知道，地震對橋梁的破壞作用，不僅與橋梁的結構本身有關，還與所處的場地、地基及地形地貌等有關?？拐鹪O計中除了進行抗震設計計算外，橋位選擇、橋型選擇、結構體系布置、結構構造設計同樣重要。1、總體設計中應注意的問題（1）橋位選擇選擇橋址時，應避開地震時可能發(fā)生地基失效的松軟場地，選擇堅硬場地?；鶐r、堅實的碎石類地基、硬粘土地基是理想的橋址場地；飽和松散粉細砂、人工填土和極軟的粘土地基或不穩(wěn)定的坡地都是危險地區(qū)。拱橋應盡量避免跨越斷層

6、，特殊困難情況下應進行地震安全性評價。（2）橋型選擇橋梁應結合地形、地質條件、工程規(guī)模及震害經驗，選擇合理的橋型及墩臺、基礎型式。宜盡可能采用技術先進、經濟合理、便于修復加固的結構體系?？梢钥紤]采用減震的新結構，比如型鋼混凝土結構等。（3）橋孔布置橋孔宜選用有利于抗震的等跨布置，并盡量避免高墩與大跨的結合。宜體形簡單、自重輕、剛度和質量分布均勻、重心低、便于施工。位于地震后可能形成泥石流溝谷上的橋梁，孔跨和橋下凈高宜根據(jù)流域內的地形、地質情況酌情加大。2、橋梁抗震構造措施（1）基礎抗震措施應加強基礎的整體性和剛度，同時采取減輕上部荷載等相應措施，以防止地震引起動態(tài)和永久的不均勻變形。在可能發(fā)生

7、地震液化的地基上建橋時，應采用深基礎，使樁或沉井穿過可能液化的土層埋入較穩(wěn)定密實的土層內一定深度。并在樁的上部，離地面13m的范圍內加強鋼筋布設。（2）橋臺抗震措施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，使結構盡量保持四鉸框架的結構，以防止墩臺在地震時滑移。當橋位難以避免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；當臺位處的路堤高度大于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條件相對較好的地段通過，

8、并盡量降低高度，將臺身埋置在路堤填方內，臺周路堤邊坡腳設置漿砌片石或混凝土擋墻進行防護，橋臺基礎酌留富余量。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。（3）橋墩抗震措施利用橋墩的延性減震是當前橋梁抗震設計中常用的方法。高墩宜采用鋼筋混凝土結構，宜采用空心截面?？蛇m當加大樁、柱直徑或采用雙排的柱式墩和排架樁墩，樁、柱間設置橫系梁等，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

9、內應加強箍筋配置，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?？蓪辗胖迷阡撎淄怖飦碚{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。（4）支撐連     接構件抗震措施墩臺頂帽上均應設置防止落梁措施，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(聚四氟乙烯支座、疊層橡膠支座和鉛芯橡膠支座等) 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生的位移，并使伸縮縫支承面有足夠的寬度，同時設置限位器與剪力鍵。（5）上部

10、結構抗震措施在高烈度地震區(qū)盡可能采用整體規(guī)則性好的橋梁結構，結構的布置要力求幾何尺寸、質量和剛度均勻、對稱、規(guī)則，避免突然變化。從幾何線形上看，盡量選用直線橋梁。多跨簡支梁橋由于整體性差，發(fā)生落梁的危險遠大于單跨簡支梁橋或連續(xù)梁橋，故加強上部結構的整體性，限制其位移，是提高橋梁上部結構抗震能力的有效措施。對于多跨簡支梁時，應加強梁(板)之間的縱、橫向聯(lián)系，將橋面做成連續(xù)，或采用先簡支后結構連續(xù)的構造措施。此外，應加大簡支梁梁端至墩、臺帽或蓋梁邊緣的距離，防止落梁。對于梁(板)橋，應采用縱、橫向約束裝置，限制梁的位移，如采用拉桿、鋼筋硅擋塊、錨桿等，梁與墩帽用錨栓連接，T梁在端橫隔板之間螺栓連接

11、。擋塊和錨桿要滿足產生預計地震力時的抗剪要求。曲梁橋，應采用上、下部之間用錨栓連接的方式。在梁與梁之間和梁與橋臺胸墻之間設置彈性墊塊，以緩和地震的沖擊力。（6）結點抗震措施橋梁結點區(qū)域一旦受損將難以修復。城市高架橋墩柱的結點、橋墩與蓋梁的結點、橋墩與基礎的結點等，是保證橋梁整體工作的重要構件。在橋梁抗震設計中，除了保證墩、梁有足夠的承載力和延性外，還要保證橋梁結點有足夠的承載力，避免結點過早破壞，即“強節(jié)點，弱構件”。參考文獻：1 高遠,魏志剛,王慶寬. 淺談橋梁抗震分析方法J. 吉林交通科技, 2009,(01) . 2 徐日雄. 淺談橋梁抗震設計J. 科技情報開發(fā)與經濟, 2010,(01) .