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探讨桥梁工程抗震设计问题

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探讨桥梁工程抗震设计问题

发布日期:2018-03-23 作者:admin 点击:

  加强对桥梁震害及抗震机理的深入研究, 制定先进的抗震设防原则, 采取科学有效的抗震设防措施, 严格控制工程质量, 就一定能将地震灾害降到最小, 确保交通运输线的畅通。本文阐述了桥梁结构地震破坏的主要形式,提出了桥梁的抗震设计原理,探讨了关于桥梁工程抗震设计的策略。

  我国是世界地震多发国家之一, 具有频度高、强度大、分布广的特点。公路桥梁这种典型的线状工程地震易损性较高。因此, 我们要认真的对震害进行分析, 从震害中吸取经验和教训, 推动桥梁抗震设计理论、方法和抗震措施不断发展及进步。


  一、桥梁结构地震破坏的主要形式 

  1、弯曲破坏。 

  结构在水平地震荷载作用下由于过大的变形导致混凝土保护层脱落、钢筋压屈和内部混凝土压碎、崩裂,结构失去承载能力。整个过程可以用以下四个阶段来描述:1)当弯矩达到开裂强度时,截面出现水平弯曲裂缝;2)随着裂缝的发展和荷载强度的提高,受拉侧的纵筋达到屈服强度;3)随着变形量的增大,混凝土保护层脱落、塑性铰范围扩大;4)钢筋压屈(或拉断)和内部混凝土压碎、崩裂。 

  2、剪切破坏(弯剪破坏)。 

  在水平地震倚戟作用下,当结构受到的剪切力超过截而剪切强度时发生剪切破坏,整个破坏过程可以用以下四个阶段来描述:1)截面弯矩达到开裂强度时,截面出现水平弯曲裂缝;2)随着裂缝的发展和荷载强度的提高,柱内出现斜方向的剪切裂缝;3)局部剪切裂缝增大,箍筋屈服导致剪切裂缝进一步增长;4)发生脆性的剪切破坏。 


桥梁工程


  3、 落梁破坏。 

  当梁体的水平位移超过梁端支撑长度时发生落梁破坏。落梁破坏是由于梁与桥墩(台)的相对位移过大,支座丧失约束能力后引起的一种破坏形式。发生在桥墩之间地震相对位移过大、梁的支撑长度不够、支座破坏、梁间地震碰撞等情况。 

  4、支座损伤。 

  上部结构的地震惯性力通过支座传到下部结构,当传递荷载超过支座设计强度时支座发生损伤、破坏。支座损伤也是引起落梁破坏的主要原因。对于下部结构而言,支座损伤可以避免上部结构的地震荷载传到桥墩,避免桥梁发生破坏。 

  二、 桥梁的抗震设计原理 

  目前桥梁的抗震设计计算原理是建立在一定假设条件基础上的,尽管分析的手段在不断提高, 分析的理论在不断完善, 但由于地震作用的复杂性, 地基影响的复杂性和桥梁结构体系本身的复杂性,可能会导致理论计算分析和实际情况相差很大。当前我国桥梁的抗震设计原理主要有以下几种: 

  1、静力法 

  静力法把地震加速度看作是桥梁结构破坏的唯一因素, 忽略了结构本身动力特性对结构反应的影响,应用存在较大局限性。事实上只有绝对钢性的物体才能认为在振动过程中各个部分与地震动具有相同的振动,所以只对刚度很大的结构例如重力桥墩、桥台等结构应用静力法近似计算。 

  2、 反应谱法 

  目前我国的公路及铁路桥梁均主要采用反应谱方法。反应谱法的思路是对桥梁结构进行动力特性分析(固对各主振动应用谱曲线作某强震记录的最大有频率,主振型),地震反应计算,最后一般通过统计理论对各主振型最大反应值进行组合,近似求得结构的整体最大反应值。 

  三、桥梁抗震设计的措施 

  1、桥梁抗震概念设计 

  所谓桥梁的抗震概念设计是说设计人员在研究地震带来的灾害的基础之上,通过总结之前的一些设计经验以及设计原则,确定桥梁抗震设计的总体方案。正确的选择材料、确定细节构造,使桥梁的每一个环节都能环环相扣,合理配置,使其在地震中发挥整体效应,达到最佳的抗震效果。 

  2、延性设计 

  目前,在我国的城市桥梁延性抗震设计中,对于延性的验算经常使用的准则包括以下几种:强度破坏准则、能量破坏准则、变形破坏准则、基于低周疲劳特征的破坏准则等。本文中笔者已经针对延性在城市桥梁抗震设计中的重要性作了详细的阐述,由此可见,延性设计是非常关键的。所以笔者建议在做桥梁的延性验算时,一定要结合桥梁的具体设计以及工程要求,选择合适的验算准则,做精确的计算,以提高结构的延性性能,保证桥梁的抗震性能。 

  3、加强对桥梁细部构造的研究 

  在城市中,最常见的就是高架桥。而高架桥在地震中特别容易损害,根据这个经验教训,建议在以后城市桥梁抗震设计中,应该加强对桥墩、支座等一些细部构造的研究和分析,尤其是延性方面,不能只针对钢筋混凝土结构做设计,因为这些非混凝土结构也是决定桥梁抗震性能的关键。 

  4、重视基础抗震设计 

  对于桥梁而言,基础是承重主体,也是抗震的关键结构一旦基础被破坏,不仅在地震发生的时候会造成严重的后果,在地震之后桥梁也无法修复,只能重建。这样就大大增加了经济损失。所以在桥梁抗震设计中一定要重视基础抗震设计。只有在保证基础牢固的前提下,才能保证桥梁的上部结构的稳定。 

  5、从实际出发 

  在不同的地区,地震的发生频率以及地震的等级都是不同的。所以在进行桥梁抗震设计的过程中要结合工程所在地的具体情况,确定抗震设计等级。不能盲目的求高,造成不必要的浪费。在设计之前,认真勘察地质结构情况以及地理位置特征,在掌握区域地震发生特征之后,再结合工程实际情况确定抗震设计方案。保证桥梁抗震性能。 

  桥梁结构有效的抗震措施还有许多,因此我们在桥梁设计过程中须认真分析和了解结构的地震反应和特性,精心设计并采取一系列有效的抗震措施。桥梁抗震设计是一项系统工程,体现在设计的各个阶段,需要认真对待。在可行性研究阶段,应强化抗震概念设计,选择合理的桥位和桥型;在初步设计阶段,要强化抗震体系设计,确定合适的抗震设防标准和验算准则,进行结构的总体分析;在施工图设计阶段,应强化抗震构造设计,重视抗震构造采取的措施和构造细节。 

  四、桥梁抗震设计的建议 

  1、由于地震的不确定性,导致桥梁结构抗震计算的失真。地震运动是由震源—传播介质体—场地地质体等一系列的变化因素综合形成,它是极为复杂的和不确定的模糊事件。桥梁结构的抗震计算严格来说是近似仿真计算,与实际的震害有一定的差距。抗震计算与抗震概念设计、结构体系的选择、抗震构造设计相比较,后三者更显重要。 

  2、应尽量采用连续的桥跨代替简支梁,进而减少伸缩缝的数量,降低在此落梁的可能性,同时也提高了桥上行车的舒适性。 

  3、对常规的简支桥梁结构应加强桥面的连续构造以及提供足够的宽度,以防止主梁发生位移落梁;另外还应适当地加宽墩台顶盖梁及支座的宽度,并增设防止位移的隔挡装置。 

  4、桥梁位置应选在良好和稳定的河段,如果必须在稳定性差的软弱场地的河段通过,应尽量采用桥梁中线与河流正交,注意在河槽与河滩分界的地形突变处尽量避免设墩,否则应予以加强措施,以减免滑移。 

  5、墩柱设计中应尽可能地使用螺旋形箍筋,以便为墩柱提供足够的约束。另外墩身及基础的纵向钢筋伸入盖梁和承台应有一定的锚固长,以增强连接点的延性。 

  6、重视桥梁的减隔震设计,采用新技术、新材料,实现桥梁的抗震设计,比如减隔震支座,即双曲面(球面)支座、铅芯橡胶支座、阻尼器等。 

  总之,桥梁抗震设计是一项系统工程,体现在设计的各个阶段,需要认真对待。在可行性研究阶段,应强化抗震概念设计,选择合理的桥位和桥型;在初步设计阶段,要强化抗震体系设计,确定合适的抗震设防标准和验算准则,进行结构的总体分析;在施工图设计阶段,应强化抗震构造设计,重视抗震构造采取的措施和构造细节。 

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