橋梁抗震設(shè)計(jì)之我見凌康

1、橋梁抗震設(shè)計(jì)之我見凌康 橋梁抗震設(shè)計(jì)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(gè)強(qiáng)震多發(fā)國家，汶川、玉樹地震說明強(qiáng)烈地震將引發(fā)長期的社會(huì)政治、經(jīng)濟(jì)問題，并帶來難以慰籍的感情創(chuàng)傷。在抗震救災(zāi)中，公路交通運(yùn)輸網(wǎng)更是搶救人民生命財(cái)產(chǎn)和盡快恢復(fù)生產(chǎn)、重建家園、減輕次生災(zāi)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(jì)中重點(diǎn)關(guān)注的問題之一。 關(guān)鍵詞：橋梁；抗震設(shè)計(jì)；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(zāi)害頻頻發(fā)生，公路橋梁等交通工程在地震中遭到嚴(yán)重的破壞，為了在災(zāi)害中減輕公路

2、橋梁的損害程度，我們都覺得有必要增強(qiáng)橋梁的抗震能力，加強(qiáng)橋梁工程抗震的研究。要做到預(yù)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(jì)工作，開展橋梁的抗震設(shè)計(jì)理論研究和試驗(yàn)，做好抗震強(qiáng)度和穩(wěn)定的設(shè)計(jì)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(huì)受到不同程度的破壞，分析其震害原因，主要有以下幾點(diǎn)： 1.橋臺(tái)震害其主要表現(xiàn)為橋臺(tái)與路基一起滑動(dòng)并移向河心，以致橋頭、重力式橋臺(tái)的胸腔及樁柱式橋臺(tái)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(huì)導(dǎo)致翼墻損壞并開裂，而重力式橋臺(tái)胸腔開裂會(huì)引起整個(gè)臺(tái)體被移動(dòng)并下沉。 2.橋墩震害在地震力作用下橋

3、墩會(huì)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(yàn)，會(huì)發(fā)現(xiàn)某些橋梁的支座設(shè)計(jì)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(huì)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?xí)灰夯?，以致地基失效，根底沉降或不均勻沉降，從而?dǎo)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(huì)使橋梁發(fā)生坍塌，給震后修復(fù)工作帶來困難。 5.梁的震害主要是有橋臺(tái)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(yán)重的震害現(xiàn)象。 二、橋梁抗震設(shè)計(jì)原那么 合理的抗震設(shè)計(jì)，要求

4、設(shè)計(jì)出來的結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、剛度和延性等指標(biāo)上有最正確的組合，使結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)防的目標(biāo)。要到達(dá)這個(gè)要求，就需要工程設(shè)計(jì)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(yàn)和創(chuàng)造力，而不僅僅是按標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定執(zhí)行。以下為抗震設(shè)計(jì)應(yīng)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(xùn)和當(dāng)前公認(rèn)的理論認(rèn)識。 1.場地選擇。除了根據(jù)地震危險(xiǎn)性分析盡可能選擇比擬平安的場址之外，還要考慮一個(gè)地區(qū)內(nèi)的場地選擇。選擇的原那么是：防止地震時(shí)可能發(fā)生地基失效的松軟場地，選擇堅(jiān)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(yīng)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(shí)被震散掉落，同時(shí)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(qiáng)度和延性。橋梁結(jié)構(gòu)的地震破壞源于地震動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，因此抗震設(shè)計(jì)要力圖使從地基傳入結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量為最小，并使結(jié)構(gòu)具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、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(qiáng)度和延性是兩個(gè)有效的抗震途徑。剛度的選擇有助于控制結(jié)構(gòu)變形；強(qiáng)度與延性那么是決定結(jié)構(gòu)抗震能力的兩個(gè)重要參數(shù)。由于地震動(dòng)可造成結(jié)構(gòu)和構(gòu)件周期反復(fù)變形，使其剛度與強(qiáng)度逐漸退化，因此，只重視強(qiáng)度而無視延性絕對不是良好的抗

6、震設(shè)計(jì)。 4.能力設(shè)計(jì)原那么。能力設(shè)計(jì)思想強(qiáng)調(diào)強(qiáng)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(qiáng)度平安度。通過強(qiáng)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(jì)中，普遍采用“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件的設(shè)計(jì)思想。 5.多道抗震防線。應(yīng)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(qiáng)地震動(dòng)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(jì)措施 1.橋梁抗震概念設(shè)計(jì) 抗震概念設(shè)計(jì)是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等獲得的

7、根本設(shè)計(jì)原那么和設(shè)計(jì)思想，正確地解決結(jié)構(gòu)總體方案、 材料使用和細(xì)部構(gòu)造，以到達(dá)合理抗震設(shè)計(jì)的目的 。合理抗震設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)出來的結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)度、 剛度和延性等指標(biāo)上有最正確的組合，使結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)防的目標(biāo)。 應(yīng)當(dāng)指出，強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計(jì)重要，并非不重視數(shù)值計(jì)算，而是為了給抗震計(jì)算創(chuàng)造出有利條件，使計(jì)算分析結(jié)果更能反映地震時(shí)結(jié)構(gòu)反響的實(shí)際情況 。橋梁抗震概念設(shè)計(jì)階段的主要任務(wù)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(jì)的一般要求進(jìn)行。 對于采用延性抗震概念設(shè)計(jì)的橋梁，還包括延性類型選擇和塑性耗能機(jī)制選擇。 2.抗震設(shè)計(jì)方法 采用隔震支座。采用減、 隔震支座 在梁體與墩、 臺(tái)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(yàn)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(tái)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(tái)的聯(lián)結(jié)處安裝減 、隔震支座能有效地減小墩、 臺(tái)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(dá)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(jìn)行了許多研究， 美國新西蘭和日本等在橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中都列入了相應(yīng)的條款。 利用橋墩延性減震 。利用橋墩的延性減震是當(dāng)前橋梁抗震設(shè)計(jì)中常用的方法，橋墩延性減震是將橋墩某些部位設(shè)計(jì)得具有足夠的延性，

9、以便在強(qiáng)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(jìn)行延性抗震設(shè)計(jì)時(shí)， 按彈性反響譜計(jì)算塑性反響的地震荷載需要修正， 橋梁抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用了綜合影響系數(shù)來反映塑性變形的影響。 3.橋臺(tái)抗震 橋臺(tái)胸墻應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)，并增加配筋，在梁與梁之間和梁與橋臺(tái)胸墻之間應(yīng)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(yīng)加強(qiáng)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(tái)在地震時(shí)滑移。 當(dāng)橋位難以防止液化土或軟土地基時(shí)，應(yīng)使橋梁中線與河流正交，并適當(dāng)增加橋長，使橋臺(tái)位于穩(wěn)定的河岸上。橋臺(tái)高度宜控制在8m 以內(nèi)；當(dāng)臺(tái)位處的路堤高

10、度大于8m 時(shí)，橋臺(tái)應(yīng)選擇在地形平坦、橫坡較緩、離主溝槽較遠(yuǎn)且地質(zhì)條件相對較好的地段通過，并盡量降低高度，將臺(tái)身埋置在路堤填方內(nèi)，臺(tái)周路堤邊坡腳設(shè)置漿砌片石或混凝土擋墻進(jìn)行防護(hù)， 橋臺(tái)根底酌留充裕量。 如果地基條件允許，應(yīng)盡量采用整體性強(qiáng)的T 形、U 形或箱形橋臺(tái)，對于樁柱式橋臺(tái)， 宜采用埋置式。對柱式橋臺(tái)和肋板式橋臺(tái)，宜先填土壓實(shí)，再鉆孔或開挖，以保證填土的密實(shí)度 。為防止砂土在地震時(shí)液化，臺(tái)背宜用非透水性填料，并逐層夯實(shí)，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(dāng)前橋梁抗震設(shè)計(jì)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(dāng)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(qiáng)度。 在橋墩塑性鉸區(qū)域及緊接承臺(tái)下樁基的適當(dāng)范圍內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)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(shí)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(qiáng)度， 套筒下端的標(biāo)高同其他橋墩的地面標(biāo)高。 5.支撐連接構(gòu)件抗震 墩臺(tái)頂帽上均應(yīng)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(dòng) 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(yīng)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(shí)，應(yīng)使其變形能力滿足預(yù)計(jì)地震產(chǎn)生的位移，并使伸縮縫支承面有足夠的寬度，同時(shí)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(jì)需要每個(gè)研究者的認(rèn)真對待，它的設(shè)計(jì)表達(dá)在各個(gè)階段，是一項(xiàng)重要的系統(tǒng)工程。在可行性研究階段，應(yīng)該將抗震概念的設(shè)計(jì)進(jìn)行強(qiáng)化，選擇橋型和橋位的時(shí)候要合理一點(diǎn)；初步的設(shè)計(jì)階段，將抗震體系的設(shè)計(jì)強(qiáng)化，把合理的抗震驗(yàn)算準(zhǔn)那么和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)確定下來，將結(jié)構(gòu)的總體進(jìn)行分析，在設(shè)計(jì)的過程中，我們要重視抗震結(jié)構(gòu)的每一個(gè)細(xì)節(jié)。 參考文獻(xiàn)： 【1】 李