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开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇桥梁抗震,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
中图分类号:K928.78 文献标识码:A 文章编号:
引言:我国桥梁行业得到了迅猛发展,越来越多的桥梁从祖国大地拔地而起。回顾近代地震史,有唐山大地震、汶川大地震……,这些地震都给我国经济、建设等方面带来了无可估量的损失。因此,合理的抗震设计,要求设计出来的结构在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合,使结构能够经济地实现抗震设防的目标。
一、桥梁的震害类型分析 (1)桥台震害:其主要表现为桥台与路基一起滑动并移向河心,桩柱式桥台的桩柱不同程度沉降、开裂、倾斜和折断等。 (2)桥墩震害:在地震力作用下桥墩会不同程度的倾斜、沉降、滑移、开裂、剪断和钢筋扭曲。 (3)支座震害:根据以往工作经验.
会发现某些桥梁的支座设计并未充分考虑抗震的需求,如某些支座形式和材料上存在缺陷、在构造上连接与支挡等构造措施不足等,以致支座在地震力作用下会发生较大的变形和位移。 (4)地基与基础震害:在地震力作用下地基中的砂土会被液化,以致地基失效,基础沉降或不均匀沉降,从而导致地面较大变形,地层发生水平滑移、下层、断裂等。地基与基础震害会使桥梁发生坍塌,给震后修复工作带来困难。 (5)梁的震害:梁的震害主要是因桥台震害、桥墩震害、支座震害等引起的,其主要表现为主梁坠落,这也是最严重的震害现象。
二、桥梁的抗震设计 1、抗震概念设计。 由于地震的发生存在不确定因素和复杂因素,同时结构计算模型需要假定结果且与实际情况存在较大差异,以致“计算设计”在一定程度上较难控制结构的抗震性能,因此,对于结构抗震设计来说,不能完全依赖计算,“概念设计”其实比“计算设计”更加重要。而良好的“概念设计”将直接影响着结构抗震性能。良好的“概念设计”必须是,在设计桥梁方案阶段应根据功能要求、静力分析和桥梁的抗震性能等取舍抗震结构体系。 在抗震概念设计时,应重视上、下部结构连接部位和过渡孔处连接部位的设计及塑性铰预期部位和桥墩形式的选取;应对动力特性进行简单的分析、对地震反应进行评估,接着结合结构设计对结构的抗震薄弱部位、构造设计及是否能通过配筋等进行进一步地分析。以分别保证桥梁结构的经济性、抗震安全性和在桥址处的场地条件下所选择的结构体系是良好的结构体系。最后,应根据分析结果对抗震性能的优劣进行综合性评判,再决定是否对设计方案进行修改。 2、延性抗震设计。 桥梁的抗震设计主要是反复进行①仔细地对预期会出现的塑性铰部位进行配筋设计;②为保证抗震安全性应分析并验算整个桥梁结构的抗震能力这两个阶段,直到通过抗震能力验算。 3、桥梁减、隔震设计。 此设计可以较好地提高桥梁抗震能力,并且具有简便、先进、经济等优点。此种设计的装置主要是通过对结构的能量耗散能力的增大或者增大结构主要振型周期使其落在能量较少的范围内两种措施使结构地震反应减少。在进行减、隔震设计时应充分结合结构特点和场地地震波频率特性,选用适合的设置方案、相应参数、及减隔震装置,并对结构的受力和变形进行合理地分配。
三、桥梁设计的抗震技术措施 1、防止落梁的措施 《桥梁抗震设计细则》指出上部结构主梁的支承长度a≥70+ 0.5 L(L为梁的计算跨径,L单位为m,a 单位为cm),该取值沿用自日本抗震设计规范,多数设计者认为规范取值较为保守,比上一代规范《公路工程抗震设计规范 (JTJ004-89))有较大提高 (a≥50+L)。这里需指出该种认识属于误区,当“长桥高墩”时应在规范基础上给予更多的安全富余。例如:都汶高速公路庙子坪岷江大桥第10跨(跨径50m、墩高70m)。虽然盖梁宽度高达3.0 m(根据《桥梁抗震细则》要求,含伸缩缝宽度取2.1m即可 ),但该桥还是发生纵向落梁,所以在设计中应注意“长桥高墩”,特别是设置有伸缩缝的相邻联桥墩,不仅要将主粱支承长度取值放大一些,还需要设置主粱限位装置。根据国外规范以及《抗震设计细则》精神,同时应设置纵向防落梁构造,同时应注意限位装置不得有碍于防落梁构造的发挥。
2、支座形式和布置方式 支座选型长期以来被忽视,常规粱桥多采用普通橡胶支座,汶川地震后的调查表明普通橡胶支座破坏后加剧了桥梁损伤,建议根据桥梁设防要求,选用适用的支座类型。基本地震动峰加速度峰值0.19地区和以上地区应选择减震型橡胶支座。作为支座的布置是否合理至关重要,汶川百花大桥第5联(5×20m)采用一个阉定支座,其余墩为活动支座。导致全联上部结构水平地震力几乎完全由固定支座下的桥墩承担,该桥墩迅速破坏后,造成全联坍塌网。对于连续梁桥在设置固定支座后,应充分考虑同定支座设置对抗震的不利影响,慎用墩梁固结方案,应注重考虑各墩水平受力的平均分担。
3、柱式桥墩的合理设计 柱式墩是桥梁设计中最为常见的结构形式,日本阪神地震中显示出大量圆形独柱墩崩溃性破坏,汶川地震相关资料表明矩形墩要优于圆形墩,抗震设计中应首先尽量避免选用抗震性能差的圆形独柱结构,同时优先选择矩形截面形式。其次应重视桥墩中间的横梁设置,横梁刚度不宜过大,避免导致“强梁弱柱效应” 的出现,造成结构的第一塑性铰出现在墩柱之上,而不是横梁上,致使结构失效。桥墩是支撑梁体的主要构件,同时由于桥梁结构“上刚下柔”的特点使得桥墩极易出现破坏.其破坏主要包括墩身剪断、压溃和开裂,应根据抗剪计算来配置箍筋,选择合理的箍筋间距,注意箍筋的搭接构造细节。设防裂度7度及以上应通过计算确定墩柱尺寸,保证塑性铰区位于墩柱范围内,甥性铰庆钢筋应根据《桥梁抗震细则》进行加密,加密箍筋可采用12mm一16ram带肋钢筋,但锚固于盖梁、承台部分的加密钢筋采用螺旋箍筋欠妥,施工单位反映由于盖梁中钢筋原有钢筋很多,螺旋筋布置十分困难。建议采用环形箍筋为宜。
结束语:
随着对地震机理认识的逐步加深,提高和完善桥梁结构物的各项功能,以及桥梁抗震构造措施进一步的改进和完善,可以很好地达到桥梁结构的防震和抗震效果。为提高我国桥梁的抗震性能和抵御地震灾害的能力提供可靠的技术保证。
参考文献:
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[2]TG/TB02-01-2008,公路桥梁抗震设计细则[S]北京:人民交通出版社2008.
关键词 桥梁抗震 设计 分析方法 规范
中图分类号:U441 文献标识码:A
0引言
地震是一种发生时间短、波及面广、灾害程度极为严重的自然灾害。我国位于地震易发地带。其中,地震烈度6度及以上的区域面积占我国全部国土面积60%以上,半数左右的城市位于地震烈度7度及以上地区。地震的发生会给社会、家庭、经济造成难以估量的损失。
近年我国灾害性地震频发,2007年6月云南普洱6.4级地震、2008年5月汶川8.0级地震、2010年4月玉树7.1级地震、2013年4月芦山7.0级地震、2014年8月昭通鲁甸6.5级地震,地震多次给人民带来灾难的同时也加强了结构设计人员对桥梁抗震设计的重视,推动了桥梁抗震设计方法的发展及相关规范的逐步完善。桥梁结构作为公路路网中的关键性结点是地震运动作用下容易发生破坏的结构元件,其损坏程度决定了所属路网的通行能力。本文针对如何借助合理的设计理念进行桥梁设计,使其具有足够的抗震能力进行综述。
1桥梁抗震设计规范现状
最新的《公路桥梁抗震设计细则》与《城市桥梁抗震设计规范》摒弃了原《公路工程抗震设计规范》“以刚克刚”的弹性抗震设计思想,借鉴和引入了延性抗震理念及减隔振等“以柔克刚”的概念。在具体操作中,根据桥梁的重要性和在抗震救灾中起的作用,把桥梁进行分类,并对各类桥梁进行复杂程度不同的抗震设计。但现行的桥梁抗震设计规范在抗震设防标准、隔震周期及墩柱抗剪强度等方面阐述较为笼统,使工程师在采用规范进行设计时常常会产生一些困惑,如非规则桥梁自振频率计算的方式、地震环境中多维作用下的构件受力特性的仿真模拟等。
2 规则桥梁抗震设计方法
简支梁与连续梁桥在公路桥梁中应用最为广泛,多为钢筋砼或预应力砼结构。历史上严重桥梁震害调查显示:结构震害多发生于下部结构处,而桥梁上部结构自身很少发生严重的破坏现象。通常,将梁体处理成2节点空间梁单元或板单元,真实模拟桥梁的实际边界条件及下部结构受力环境即可达到满足工程精度的要求。下面以2*25m连续箱梁桥为例对一般桥梁抗震设计方法进行阐述与分析。
2.1 一次成桥模型的建立
本桥为2*25m连续箱梁桥,箱梁宽5m、高1.35m、支座与垫石总高0.21m,立柱中心间距3.2m,墩柱高度3.8m、直径为1.0m,桩基采用2根1.2m钻孔灌注桩(摩擦桩),桩长20.8m,场地土系数m值为30000KN/m4。主梁、立柱、基础分别采用C50、C40、C30混凝土。建立桥梁模型如图1所示。
图1:一次成桥模型
在E1、E2地震作用下,计算模型要反映实际桥梁结构的动力特性(要能反映桥梁上部结构、下部结构、支座、地基刚度、质量分布以及阻尼特性)。从而保证在E1、E2地震作用下引起的惯性力和主振型能得到反映。
2.2 边界条件的模拟
模型的边界条件按照真实的情形进行模拟:支座按照实际计算刚度进行输入,使其能反映支座的力学特性;桩基础的模拟考虑桩土的共同作用,采用等代土弹簧进行模拟,等代土弹簧的刚度采用表征土介质弹性值的M值参数进行计算。图2为模型边界条件模拟示意。
图2:模型边界条件模拟示意图
2.3 桥梁抗震分析
08《细则》与《城规》中对规则桥梁的抗震设计均采用延性理念和减隔震两种策略,对地震分析与抗震验算方法的使用也基本相同。进行桥梁抗震分析验算是采用反应谱法,部分情况采用时程反应分析法。本模型采用反应谱法进行分析。
首先采用多重Ritz向量法进行特征值分析,得到结构的固有周期、振型形状等结构动力特性。其次进行反应谱函数的定义,根据桥梁类型、场地类型、抗震设防烈度等因素确定反应谱函数,并选择相应的抗震规范(本桥为规则桥梁,小震作用下采用E1反应谱的弹性设计、大震作用下采用E2反应谱的弹性或弹塑性设计),图3为模型对应的反应谱法函数。然后在结构的各个振动方向上定义反映谱荷载工况。最后运行分析,查看各模态作用下的分析结果。
图3:反映谱函数图
2.4 桥梁抗震验算
进行桥梁结构抗震验算时,有几点需要特别注意:
(1)定义钢筋混凝土构件材料特性中“弯矩――曲率曲线”的定义,其目的是为了描述截面的弹塑性以及在定义材料弹塑性时对E、I值进行修正,图4为定义“弯矩――曲率曲线”示意图。
图4:“弯矩――曲率曲线”示意图
(2)确定塑性铰的位置,定义自由长度与长度系数。
(3)在进行E2地震验算时,由于材料刚度发生变化,应在验算前手动修改结构刚度,验算结果真实可靠。其中刚度调整系数的计算公式为:
系数y=
系数z=
双柱墩验算时需通过pushover计算填入横向允许位移值。
最后运行验算分析,查看构件设计强度验算结果(E1、E2弹性验算),位移变形验算(E2弹塑性验算),再根据验算结果进行结构调整至全部通过验算并具有一定的安全系数。
3非规则桥梁抗震设计方法
以高墩大跨度刚构桥为主要研究对象进行讨论性分析,此类桥梁的抗震能力分析将直接影线墩身承载能力的大小因此是设计中的要点之一。
3.1 考虑地震动空间变化效应的桥梁地震反应分析
通常进行的地震反应分析,常采用假定地震发生时基础各点以相同的振幅和相位振动的一致激励法,忽略了地震动的空间变化特性,对于大跨度桥梁等线型结构而言,则应考虑地震地面运动的空间变化性对桥梁结构的地震反应的影响。
地震动无论是在强度、持时或是频谱特性等方面均具有显著的空间差异性,即地震动场地效应,而引起地震动空间变化的因素十分复杂,主要包括地震的行波效应、衰减效应、部分相干效应和局部场地效应四部分。
地震动空间变化差动场在桥梁各桥墩基础底部输入不同的自功率谱来考虑局部场地的变化,其相关性用相干函数模型来考虑。对多点激励桥梁地震反应分析方法分两大类:一类是确定性分析方法,包括反应谱法和时程分析法;另一类概率性分析方法,主要是随机振动法。由于大跨度桥梁在长周期反应谱和强空间耦合效应研究上还不完善,且地震地面运动的变化特征难以准确模拟等因素,反应谱法有时误差很大。于是基于随机理论的改进反应谱方法得到发展,如林家浩等等的虚拟激励法。
有关地震动场的空间变异性及模拟模型的研究已有大量的研究工作,多是基于实测记录统计分析获得的成果。对山区高桥梁抗震分析中,主要考虑地震动的地形效应,其影响因素主要包括地形的坡度、结构物所处的场地、地震波的传播方向以及地震波的入射角度等。对于河谷地形效应影响的考虑,目前主要是基于数值分析的经验函数法和整体数值分析方法两种。
3.2 非规则桥梁结构抗震设计理论和方法
基于性能的抗震设计是针对不同的结构特点及性能要求,综合考虑和应用设计参数、结构体系、构造措施以及减震装置等来保障桥梁结构在各级地震水平作用下的抗震性能,是桥梁抗震设计思想的一个重要转变。我国08《细则》与《城规》也引进了基于性能的抗震设计思想,采用E1和E2两水平抗震设防,即重要桥梁在E1震作用下只允许发生极小的损伤,而在E2地震作用下允许发生可修复的破坏。
基于位移的抗震设计是实现基于性能抗震设计思想的一条有效途径。它直接以位移为设计参数,针对不同地震设防水准,制定相应的目标位移,并且通过设计,使得结构在给定水准地震作用下达到预先指定的目标位移,从而实现对结构地震行为的控制。基于位移的抗震设计理论主要包括基于位移的抗震设计方法、位移需求简化计算和目标位移的确定三方面内容。北京工业大学针对山区高墩桥梁强震作用下震害特征和失效模式,开展多维多点地震作用下山区高墩桥梁地震模拟振动台台阵试验研究,提出了非弹性位移反应谱和碰撞谱为基础的基于位移抗震设计方法,发展基于直接位移的山区高墩桥梁抗震设计方法。
4结论
本文针对规则桥梁与非规则桥梁的抗震(下转第191页)(上接第179页)设计方法进行了综述,简要的阐述了规则桥梁常规抗震设计分析的要点及过程,和非规则桥梁抗震设计的方法、要点及发展方向。现行规范及常用方法多针对规则桥型,多采用静力模拟的形式(反映谱法)进行分析,但这种方法具有一定的局限性,适用的范围有限。对于非规则桥梁和多维地震作用下桥梁的地震反映分析还需进行大量的实验与数据收集,使方针模拟更接近实际,结构更为可靠,抗震加固方案更为理想。
参考文献
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[5] 王利辉.连续刚构桥振动台台阵试验研究[D].北京:北京工业大学,2011.
关键词:桥梁,抗震,设计
我国是一个多地震国家,地震灾害会使大量地面建筑物和各种设施遭到破坏,造成大量人员伤亡,甚至严重地阻断交通。铁路桥梁、公路桥梁、城市高架桥等受到损坏,会使后续救助工作变得更加艰难。为了保障人民财产的安全及公路桥梁设施的完好,更好地发挥公路运输在抗震救灾中的作用,在桥梁设计中应充分重视抗震设计。
1.桥梁震害现象分析
二十世纪七十年代以来,国内外了发生过一系列较大的地震,有许多桥梁遭受了不同程度的破坏。通过对这些震例进行调查研究,分析桥梁结构的抗震性能、震害特点及产生原因,可以总结出以下几点:
1.1地基与基础破坏。地基破坏主要是指因砂土液化、不均匀沉降及稳定性不够等因素引起的地层水平滑移,下沉、断裂,进而导致结构物的破坏,震害较重。基础的破坏与地基的破坏紧密相关,当结构周围的地基受到地震作用强度降低时,基础就会发生沉降或滑移,桩基础可能发生剪断、倾斜破坏,进而引起墩台倾斜、倒塌或折断。
1.2桥台沉陷。当地震作用下,由于桥台后填土与桥台并非完全固结,桥台填土的纵向土压力增大,桥梁与桥台之间的冲撞会产生相当大的被动土压力,使桥台有向桥跨方向移动的趋势。由于桥面的支撑作用,桥台将以桥台顶端为支点产生竖向旋转,从而导致基础破坏。。若桥台基础建造在液化土上,则可能引起桥台垂直沉陷, 最终导致桥台因承受过大的扭矩而破坏。
1.3墩柱破坏。墩柱破坏主要包括弯曲强度不足、弯曲延性不足、纵筋搭接区的抗弯能力以及剪切强度不足等。墩柱的破坏往往引起连锁反应,如落梁、整个结构的倒塌等。
1.4支座破坏。。在地震力的作用下,如果上、下部结构的相对位移过大可能造成支座锚固螺栓拔出、剪断,活动支座脱落及支座本身构造上的破坏等,导致结构力传递形式的变化,进而对结构的其他部位产生不利的影响。
1.5落梁破坏。支撑连接构件失效后,上、下部结构的相对位移进一步加大,相邻梁体发生相互冲击,造成撞击破坏甚至落梁的发生。
1.6节点破坏,节点区域钢筋大量相交,连接节点在地震荷载和重力荷载的作用下处于复杂而又变化的应力状态,常导致节点区域混凝土的压碎和锚固筋的破坏。
7.盖梁破坏。盖梁的破坏形式主要表现为抗剪强度不足或锚固筋不能满足抗拉要求,引起锚固端破坏。
2.桥梁抗震设计方法
2.1 采用隔震支座。采用减、隔震支座在梁体与墩、台的连接处增加结构的柔性和阻尼以减小桥梁的地震反应,采用减、隔震支座桥梁结构的梁体通过支座与墩、台相联结。在梁体与墩、台的联结处安装减、隔震支座能有效地减小墩、台所受的水平地震力。
2.2采用隔震支座和阻尼器相结合的系统。可以利用桥墩在地震作用下发生弹塑性变形耗散地震能量以达到减震的目的。
2.3利用桥墩延性减震。。该法在当前桥梁抗震设计中经常用到,桥墩延性减震是将桥墩某些部位设计得具有足够的延性,以便在强震作用下使这些部位形成稳定的延性塑性铰产生弹塑性变形来延长结构周期、耗散地震能量。
2.4采用减震的新结构。型钢混凝土结构是在混凝土上包裹型钢做成的结构,与钢筋混凝土构件相比,抗剪承载力强,延性好,滞回曲线较为饱满,耗能能力强,呈现出良好的抗震性能。能够隔离、吸收和耗散地震能量,减小桥梁结构的地震反应,使桥梁的变形限制在弹性范围,避免因塑性变形而造成的累积损伤破坏和永久残余变形,大大提高了桥梁结构的安全度还可节约材料,降低造价。
3.桥梁抗震设计原则
⑴结合地形、地质条件、工程规模及震害经验,合理选择桥型及墩台、基础形式。⑵同一座桥中,尽量避免高墩与大跨的结合,宜采用减少上部结构自重并有利于抗震的结构形式。⑶体形简单、自重轻、刚度和质量分布均匀、重心低、便于施工。。⑷采用有利于提高结构整体性的连接方式,墩台结构采取提高其延性、震动衰减快的相关措施,必要时设置减隔震支座,塑性铰等防震装置。⑸尽可能采用技术先进、经济合理、便于修复加固的结构体系。⑹进一步开展减震、隔震支座的研究和应用;加强钢筋混凝土桥墩的延性分析与计算,确定桥墩塑性铰区域的范围。⑺对于高墩、大跨的特殊桥梁,应进行专题抗震设计与研究。
4.桥梁抗震设计的几点建议
⑴尽量采用连续的桥跨代替简支梁跨,进而减少伸缩缝的数量。降低在此处落梁的可能性同时也提高了桥上行车的舒适性。⑵对采用橡胶支座而无固定支座的桥跨。应加设防移角钢或设置挡轨,作为支座的抗震设计。⑶桥梁的基础应尽可能的建在可靠的地基上.否则软土的液化会加大地震反应。⑷位于常年有水河流上的特大桥、大中桥,当地基为液化土或软土时,其墩台基础应采用桩基础,且桩尖埋入稳定土层内一定深度。⑸高墩宜采用钢筋混凝土结构,按照延性要求进行设计。在桥墩塑性铰区域及紧接承台下桩基的适当范围内应加强箍筋配置。⑹在高烈度地震区,尽可能地采用整体性和规则性较好的桥梁结构体系,结构的几何尺寸、质量和刚度力求均匀、对称、规则,避免突变的出现;从几何线性上看,尽量选用直线桥梁。⑺设置多道抗震防线,尽可能用超静定结构.少采用静定结构。⑻对于较高的排架桥墩,墩之间应增设横系梁以减少墩柱的横向何移和设计弯矩。⑼选择合理的连接形式对桥梁抗震性能十分重要。对于高墩桥梁,建议采用上部结构与下部结构有选择性的刚性连接;对于矮墩桥梁,上部结构和下部结构连接建议采用支座连接方式,并合理设置梁墩的搭接长度。
5.结语
桥梁结构抗震设计是桥梁设计中的重要环节,在当前我国的高速公路、铁路正处在大规模建设之际,桥梁结构的安全问题更不容忽视。在桥梁设计中需采取一系列有效的抗震措施,进一步提高和完善桥梁的安全性、适用性、耐久性和社会效应性。
参考文献
[1]袁腾文.浅谈公路桥梁的防震设计.科技资讯,2009,、(3).
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关键词:桥梁;抗震设计;设计原理;设计要点
中图分类号:U441+.4 文献标识号:A 文章编号:2306-1499(2013)05-(页码)-页数
近年来,我国地震频频发生,但随着我国经济建设的快速发展,抗震防灾越来越重要。公路桥梁是社会重要的交通枢纽,公路桥梁等交通工程在地震中遭到严重破坏,严重影响到抗震救灾的需要。因此,增强桥梁的抗震能力,加强桥梁工程抗震研究的重要性便显得十分重要。而在桥梁的设计与施工中对桥梁的抗震能力有着特殊的要求,做好抗震强度和稳定的设计工作,是目前做好桥梁工程的重中之重。
1 地震对桥梁的破坏原因分析
当地震发生后,桥梁的破坏形式一般表现为以下几种:
(1)桥台。桥台的破坏主要表现为桥台与路基一起向河心滑移,导致桩柱式桥台的桩柱倾斜、折断和开裂;重力式桥台胸墙开裂,台体移动、下沉和转动;桥头引道沉降,翼墙损坏、开裂,施工缝错工、开裂以及因与主梁相撞而损坏。
(2)桥墩。桥墩破坏主要表现为桥墩沉降、倾斜、移位,墩身开裂、剪断,受压缘混凝土崩溃,钢筋屈曲,桥墩与基础连接处开裂、折断等。
(3)支座。在地震力的作用下,由于支座设计没有充分考虑抗震的要求,构造上连接与支挡等构造措施不足,或由于某些支座型式和材料上的缺陷等因素,导致了支座发生过大的位移和变形,从而造成如支座锚固螺栓拔出、剪断、活动支座脱落及支座本身构造上的破坏等,并由此导致结构力传递形式的变化,进而对结构的其他部位产生不利的影响。
(4)主梁。桥梁最严重的破坏现象是主梁坠落。落梁主要是由于桥台、桥墩倾斜、倒塌,支座破坏,梁体碰撞。
(5)地基与基础。地基与基础的严重破坏是导致桥梁倒塌,并在震后难以修复使用的重要原因。地基破坏主要表现为砂土液化、地基失效、基础沉降和不均匀沉降破坏及由于上承载力和稳定性不够,导致地面产生大变形,地层发生水平滑移、下沉、断裂。
(6)桥梁结构。桥梁结构的破坏表现在如结构构造及连接不当所造成的破坏、桥台台后填土位移过大造成的桥台沉降或斜度过大而造成墩台承受过大的扭矩引起的破坏现象等。
2 桥梁的抗震设计原理
尽管目前的桥梁抗震设计分析的手段在不断提高,分析的理论在不断完善,但由于抗震设计计算原理是建立在一定假设条件基础上的,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。常见的桥梁抗震设计方法有:设计静力法、反应谱法和动态时程分析法。
(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(固有频率,主振型),对各主振动应用谱曲线作某强震记录的最大地震反应计算,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。
(3)动态时程分析法
动态时程分析法是上世纪六十年代以后伴随有限元法、计算机技术两方面的发展而出现的。该法把大型桥梁结构离散成多节点、多自由度的结构有限元动力计算模型,将地震强迫振动的激振(地震加速度时程)直接输入,借助计算机逐步积分求解结构反应时程。
3 桥梁的抗震设计
3.1对常规的简支桥梁结构应加强桥面的连续构造,以及需提供足够的加固宽度以防止主梁发生位移落梁,另外还应适当的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。对采用橡胶支座而无固定支座的桥跨,应加设防移角钢或设挡轨,作为支座的抗震设计。
3.2在地震区的桥梁结构以采用跨度相等、每联连续跨内下部墩身刚度相等为宜。跨度不均,墩身刚度不等极易发生震害。对各墩高度相差较大的情况可采用调整墩顶支座尺寸和桩顶设允许墩身位移的套筒来调整各墩的刚度,以便使之刚度尽量保持一致。地震区桥跨不宜太长,大跨度意味着墩柱承受的轴向力过大,从而降低墩柱的延性力。
3.3对高烈度区的桥梁设计应在纵向设置一定的消能装置,如采用减、隔震支座,以及在梁体和墩台的连接处增加结构的柔性和阻尼以便共同受力和减小水平桥梁荷载。
3.4由于拱桥对支座水平位移十分敏感,而两边桥台的非同步激振会引起较大的伪静力反应,有时甚至会大于惯性力所引起的动力反应,因此要求震区的拱桥墩台基础务必设置于整体岩盘或同一类型的场址以保证震时各支座的同步激振。
3.5桥梁的基础应尽可能的建在可靠的地基上,应加强基础的整体性和刚度,同时采取减轻上部荷载等相应措施,以防止地震引起动态和永久的不均匀变形。在可能发生地震液化的地基上建桥时,应采用深基础,使桩或沉井穿过可能液化的土层埋人较稳定密实的土层内一定深度。并在桩的上部,离地面1~3m的范围内加强钢筋布设。
3.6墩柱设计中应尽可能的使用螺旋形箍筋,以便为墩柱提供足够的约束。另外墩身及基础的纵向钢盘伸入盖梁和承台应有一定的锚固长度以增强连接点的延性,并且,桥墩基脚处应有足够的抵抗墩柱弯矩与剪切力的能力,不允许有塑性铰接。
3.7采用将桥墩某些部位设计成具有足够的延性,以使在强震作用下使该部位形成稳定的延性塑性铰,并产生弹塑性变形来延长结构的振动周期,耗散地震力。
3.8采用上部结构和桥墩完全连接的刚构体系,并且桩尖穿过可液化层达到坚硬土层上,由于结构的超静定次数增大和坚实的桩尖承载能力的保证,减少了由于土壤变形而失效的可能性。
4 桥梁抗震设计要点
4.1桥梁抗震设计在多级设防标准的要求下,对结构强度、延性变形、结构控制、结构整体稳定也要求在多级设防的原则下进行抗震设计。
4.2对桥梁抗震性加以分析研究,某类结构不能在地震区内修建。在分析研究原有结构抗震性能的基础上,应提出更能适应地震作用的结构型。其次,对结构抗震设计不是被动地作为地震作用时结构强度、变位的验算,而是要从设计角度,提高结构的防震能力,要系统考虑结构的行为能力设计。
4.3针对目前大量高架桥倒塌毁坏的教训,必须开展对抗震支座、各种型式桥墩的延性研究,要利用约束混凝土的概念提高它的延性。不但对钢筋混凝土、预应力混凝土,而且对高强混凝土结构、混合结构的延性都需展开研究。
4.4研究结构控制的有效型式,加强抗震措施。必须采用“以柔克刚”的设想来考虑地震区结构抗震设防的出发点。对地裂、地面锗动、边坡倒塌、沙土液化时桥梁结构如何抗震设防也应该作深入的研究。
结语
虽然目前还没有科学技术来提前预测地震的发生还,但是在地震发生前,我们是可以提前防范,以减少损失的。只要我们通过研究认识地震对结构的破坏规律,对桥梁的设计,根据具体的地质环境条件,同时综合考虑经济因素与安全因素,选择最合理的抗震措施,就能尽量降低地震灾害的影响。
参考文献
[1]袁腾文.浅谈公路桥梁的防震设计[J].工程技术, 2009,(3).
摘 要 桥梁抗震分析方法的发展大致经历了静力法、以动力法为基础的反应谱法和动态时程分析法这三个阶段。
关键词 桥梁抗震 静力法 反应谱法 动态时程分析法
一、 引言
我国是自然灾害多发的国家,从2008年初南方雪灾到5月12日震惊世界的汶川特大地震,灾害对人民的生命以及财产安全造成了严重的影响,同时导致交通、电力、通信、供水、供气等基础设施大面积瘫痪。公路、铁路工程也会遭到不同程度的破坏。在抗震救灾中,公路、铁路交通运输是抢救人民生命财产和尽快恢复生产、重建家园的重要环节。而桥梁又是其关键部位和控制性工程。因而桥梁抗震是当前重点研究课题和亟待解决的难点问题。本文主要对桥梁抗震分析方法作简要综述。
回顾历史,桥梁抗震分析方法的发展大致经历了静力法、以动力法为基础的反应谱法和动态时程分析法这三个阶段。
二、静力法
早期结构抗震分析采用的是静力法。该方法不考虑建筑物的动力特性,假设结构物为绝对刚性,地震时结构物的运动与地面运动完全一致,结构物的最大加速度等于地面运动最大加速度,于是,结构物所受的最大地震荷载F等于水平地震系数 与结构物重量W的乘积,或者等于建筑物质量m与地面最大加速度 的乘积。即:
其中, 为水平地震系数,其值等于地面最大加速度与重力加速度的比值。
在设计中,把地面运动的最大加速度、水平地震系数和地震烈度联系起来,且通常根据重力加速度g与地面最大水平加速度的统计平均值的比值对水平系数加以划分,我国铁路、公路工程抗震规范的规定见表1。目前采用地震动峰值加速度系数取代地震基本烈度,两者之间的关系见表2。
从震动这一角度分析,把地震加速度看作是结构破坏的唯一因素具有很大的局限性,因为它忽略了结构物的动力特性,这使得静力法只有在当结构物的基本因有周期比地面卓越周期小很多时才能成立,即结构物在受地震的振动作用时表现为绝对刚体而几乎不发生任何变形。由于概念简单,计算公式简明扼要,挡土结构和桥台等质量较大的刚性结构物的抗震计算常常采用静力法。我国的《公路工程抗震设计规范》JTJ004-89中挡土墙和路基的抗震强度和稳定性均采用静力法计算地震荷载。
三、反应谱法
在逐渐认识结构的动力特性后,美国学者在上世纪40年代提出了计算地震力的反应谱法,也叫动力法。它不仅考虑了地震时地面运动的特性,而且考虑了结构物自身的动力特性,是目前工程设计当中应用最为广泛的抗震设计方法。它的设防标准采用加速度或烈度来表示。
该方法称为弹性反应谱法,因为其是以弹性体系作为研究的对象。但在地震作用下,结构物一般都会发生弹塑性变形,此时,结构物的延性将起到消耗能量的作用,这就是延性设计。
四、动态时程分析法
时程分析法是上世纪60年展起来的抗震分析方法,用以进行超高层建筑的抗震分析和工程抗震研究等。至于80年代,已成为多数国家抗震设计规范或规程的分析方法之一。
“时程分析法”是由结构基本方程输入地震加速度记录进行积分,求得整个时间历程内结构地震作用效应的一种机构动力(辅助)计算方法,也就是说满足规范要求的时候可以不用它计算。规范规定:对于特别不规则的建筑、甲类建筑及超过一定高度的高层建筑,宜采用时程分析法进行补充计算。
五、结语
大地震对桥梁的损害是直接的,同时由于道路的不畅通也进一步造成了更多的人员伤亡及更大的经济损失,然而,地震的发生是不可避免的。以上只是对几种抗震分析方法进行了简单介绍,所以,为了能更好地了解并掌握桥梁抗震,更先进、科学的抗震分析方法是必须的,这就要求我们在今后的学习和工作中认真努力、刻苦钻研。
参考文献:
[1]范立础,卓卫东.桥梁抗震延性设计.北京:人民交通出版社.2001.5.
【关键词】桥梁;抗震设计;原则;类型
(一)地震对桥梁的破坏
桥梁是交通生命线工程中的重要组成部分,一旦桥梁在地震的时候发生坍塌,就会中断交通,影响人员疏离和物资运输,将非常不利于地震的救援工作。地震对桥梁的破坏主要有以下几种常见的形式:
1.支座损伤
地震会造成支座的荷载强度过大,超过其承载,从而出现损伤、破坏。由于支座的损伤地震的惯性力便不会传到下部结构,就可以避免地震荷载传到桥墩从而破坏桥梁,同时支座损伤也会造成桥梁落梁受到破坏。
2.剪切破坏
当地震发生时,桥梁在地震水平倚戟的作用下,桥梁受到的剪切力超过了自身的剪切强度便会发生剪切破坏。剪切破坏主要有以下四个阶段:第一,当桥梁截面的剪切弯矩超过自身的强度时,截面便会出现裂缝;第二,由于地震时荷载强度越来越高,桥梁柱内会逐渐出现斜方向的剪切裂缝;第三,随着地震的继续发生,箍筋会慢慢开始屈服便会导致剪切裂缝越来越大;最后桥梁便会因地震而发生脆性的剪切破坏。
3.弯曲破坏
在地震的荷载的作用下,桥梁结构发生变形,变形过大导致桥梁混凝土脱落、内部混凝土崩裂以及钢筋屈服的现象的发生,从而导致桥梁结构丧失承载能力。弯曲破坏主要有四个阶段:地震造成的水平弯矩超过桥梁自身的开裂强度,便会产生裂缝;然后随着地震荷载强度的增加,裂缝慢慢增大;随后桥梁的变形变得越来越厉害,从而导致桥梁塑性铰范围增大以及混凝土保护层的脱落;最后桥梁出现弯曲破坏。
(二)桥梁抗震设计的原则
合理的抗震设计,要求设计出来的结构在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合,使结构能够经济的实现抗震设防的目标。抗震设计应遵循以下原则:
1.桥梁抗震结构设计体系的争整体性和规范性
桥梁的上部结构需是连续的,整体性能好,可以有效防止地震地震来临时抗震的结构构件的掉落,同时结构体系的整体性对于抗震结构发挥空间作用也是十分关键的。另外抗震的结构设计体系还应规范,几何尺寸、刚度以及质量无论是在平面还是在立面空间内,布置都应该对称、均匀并且规范。
2.选择合适的施工场地
首先场地的选择要保证厂址是比较安全的,处安全性之外还有一个原则是:尽量选择具有坚硬土的场地而不是软粘土场地,因为当地震到来时,软粘土场地更容易发生地基失效。
3.提高抗震结构和构件的性能
地震之所以会对桥梁造成破坏是因为:地震引起桥梁结构振动,因此,进行结构设计时,尽可能少的使地震产生振动能量传到桥梁结构内部去,同时抗震结构及构建又具有较好的强度、刚度以及延性,便可以有效的防止结构受到的破坏。桥梁抗震结构的刚性可以有效的控制结构的变形,而延性以及强度则决定了抗震结构的抗震能力。由于地震的反复振动会导致结构和构建的变形,从而减弱结构的强度以及刚度,因此在进行抗震结构设计时还应该重视结构及构件的延性设计。
4.抗震设计的能力设计原则
强度安全度的差异性是能力设计的核心思想。能力设计思想强调强度安全度差异,即在不同构件(延性构件和能力保护构件-不适宜发生非弹性变形的构件统称为能力保护构件)和不同破坏模式(延性破坏和脆性破坏模式)之间确立不同的强度安全度。通过强度安全度差异,确保结构在大地震下以延性形式反应,不发生脆性的破坏模式。在我国以前的建筑抗震设计中,普遍采用“强柱弱梁,强剪弱弯,强节点弱构件”的设计思想。
(三)桥梁抗震设计具体分析
1.抗震概念设计
对结构抗震设计来说,“概念设计”比“计算设计”更为重要。地震具有不确定性和复杂性等特点,并且结构计算模型的假定与实际情况不同,使“计算设计”很难控制结构的抗震性能,所以不能完全依赖于计算。结构抗震性能的决定因素是良好的“概念设计”。因此,在桥梁的方案设计阶段,不能仅仅根据功能要求和静力分析就决定方案的取舍,还应考虑桥梁的抗震性能,尽可能选择良好的抗震结构体系。在抗震概念设计时,为了保证桥梁结构的经济性和抗震安全性,要特别重视上、下部结构连接部位的设计,桥墩形式的选取,过渡孔处连接部位的设计以及塑性铰预期部位的选择。通常允许桥梁结构在强震下进入塑性工作状态, 在预期的部位形成塑性铰以耗散能量,但不允许出现脆性破坏,如剪切破坏。为了保证所选择的结构体系在桥址处的场地条件下确实是良好的抗震体系, 必须进行简单的分析,然后结合结构设计分析结构的抗震薄弱部位, 并进一步分析是否能通过配筋或构造设计保证这些部位的抗震安全性。最后,根据分析结果综合评判结构体系抗震性能的优劣,决定是否要修改设计方案。
2.桥梁延性抗震设计
目前延性抗震验算所采用的破坏准则主要有:强度破坏准则、变形破坏准则、能量破坏准则、基于低周疲劳特征的破坏准则以及用最大变形和滞回耗能来表达的双重指标破坏准则等。Housner在对悬臂式单质点系统的非线性地震反应进行分析后,将其破坏机理总结为:在形成完全的塑性反应之前,出现某种程度的塑性应变,由此而消耗的能量自然的构成结构等效粘滞阻尼的一部分;当完全进入塑性变形后,产生塑性漂移,并在单方向发展直到倒塌发生。他认为塑性反应阶段,保证结构不破坏的条件是让其保有足够的耗能能力。
3.桥梁减、隔震设计
减、隔震技术是简便、经济、先进的工程抗震手段。减、隔震装置是通过增大结构主要振型的周期使其落在地震能量较少的范围内或增大结构的能量耗散能力来达到减小结构地震反应的目的。在进行抗震设计时,要根据结构特点和场地地震波的频率特性,通过选用合适的减隔震装置、相应参数以及设置方案,合理分配结构的受力和变形。一方面,应将重点放在提高吸收能量能力从而增大阻尼和分散地震力上,不可过分追求加长周期。另一方面,应选用作用机构简单的减、隔震体系,并在其力学性能明确的范围内使用。减、隔震设计的效果,需要进行非线性地震反应分析来验证。
4.多阶段抗震设计方法
随着近些年科学水平的不断提高,抗震设计研究人员对在地震作用下,抗震结构的破坏机理以及构建能力的研究等方面的理解及认识也越来越深,同时在不同概率的地震作用下,结构的预期性能目标也是不同的,因此抗震结构设计的设防水准及设计原则都有了显著的提高。设计方法也从单一设防水准一阶段逐渐改善为多水准多阶段的设计方法。
(四)结束语
综上所述,现阶段,我国经济发展迅速,交通运输业也随之不断发展,促进公路桥梁工程的快速发展。近年来地震灾害频发对桥梁造成破坏,因此相关设计人员要采取措施提高桥梁的抗震能力,从而确保人们的生命财产安全,促进我国桥梁事业的蓬勃发展。
参考文献:
[1]王砚田:《桥梁震害分析与抗震设计》[J],《交通标准化》,2006年。
[2]杨洪伟:《浅谈桥梁抗震概念设计[J],《山西建筑》,2007年。
关键词:公路桥梁;抗震设计;设防目标;设防措施
1、前言
在抗震抢险救灾中,公路交通运输是抢救人民生命财产、尽快恢复生产和重建家园的重要环节。遍布的道路交通犹如全身的血管,由此可知道路交通的重要性,而公路桥梁作为道路交通的一部分,其重要性也可想而知。而桥梁工程,作为重要的生命线工程,是交通运输的咽喉,在国家建设中起着举足轻重的作用,而在地震发生后为了紧急救援和抗震救灾的需要,其重要性就更为明显。
2、桥梁结构震害及其原因分析
要想建立正确的抗震设计方法、采取有效抗震措施,对公路桥梁震害及其产生的原因的调查和分析是必不可少的。从世界各国的地震震例统计资料看,公路桥梁的震害现象主要有以下几种:一、对梁式桥梁地震位移造成上部活动节点处因盖粱宽度设置不足导致落梁或梁体相互磁撞引起的破坏,而对拱式结构则主要表现在拱上建筑和腹拱的破坏,拱嘲在拱顶、拱脚产生的破损裂缝,甚至整个隆起变形。二、由于地震造成的地基土液化,加大了地面位移从而加剧了结构反应,大大增大了落梁的可能性。三、对支座的抗震要求考虑不足造成支座发生过大的位移和变形从而造成支座本身构造上的破坏等,进而对结构的其他部位产生不利的影响。四、桥梁下部结构抗力不足导致的地震时下部开裂、变形和失效,进而对全桥的不利影响。五、地震时使得在松软地基上的桥梁在发生河岸滑移导致全桥长度的缩短而造成的比较严重的震害。
3、公路桥梁抗震设防目标
公路工程对政治、经济、国防和抗震救灾具有特别重要的意义,地震时一旦发生破坏,将造成交通中断,后果非常严重。进行公路工程抗震设计时,应根据不同等级公路的重要性程度,考虑重要性系数来计算水平地震作用。与建筑结构抗震设计采用的“三水准两阶段”的抗震设计方法有所不同,目前我国桥梁抗震仍采用一次设计法,仅进行基本烈度下的抗震验算,只进行设计地震力作用下的强度验算,没有考虑桥梁结构的“变形能力”和“耗能能力”。这就导致钢筋混凝土墩桂在强烈地震作用下,往往因设计弯曲延性不足或塑性铰区设计抗剪强度不足而发生弯剪破坏或剪切破坏。因此,单一的强度设防原则是目前我国公路桥粱抗震设计中存在的主要问题。国际上公认的多级抗震设防原则是“小震不坏,中震可修,大震不倒”,建议公路桥梁的抗震设计宜采用三阶段三水准设防。第一阶段设计:对于小震,采用众值裂度的地震动参数,计算出结构在弹性状态下的地震作用效应,使结构在小震作用下不发生弹性破坏,并进行结构强度和稳定性验算,满足第一设防裂度对结构强度、变形和稳定性的要求,实现小震不坏。第二阶段设计:对于中震,采用第二水准裂度的地震动参数,考虑刚度退化,计算截面开裂、屈服及破坏时的荷载位移关系,并同地震荷载效应比较,要求有一定的安全度,从而满足第二级设防要求,实现中震可修。第三阶段设计:对于大震,采用第三水准裂度的地震动参数计算地震荷载效应,并同截面的破坏荷载比较,要求有一定的安全度,并考虑结构的倒塌机制,保证整体稳定可靠度,实现大震不倒。上述三阶段设计原则实际上规定了结构在三级地震水平下相应的反应,即在多遇地震作用下,结构总体处于弹性反应范围,结构构件没有损坏,在设防烈度的地震作用下,结构可能出现一定的塑性变形,但最大变形值应限定在远低于结构的容许变形以内,在罕遇地震作用下,结构将经历较大的弹塑性变形循环,最大变形可能达到结构的容许变形值,但始终不超过容许变形值。最终实现了“小震不坏,中震可修,大震不倒”的抗震设防原则。
4、公路桥梁抗震设防措施
由于地震反应的不确定性和桥梁结构的复杂性,桥梁结构抗震设计中尚存在许多不定的因素。现行的地震作用计算和结构抗震计算的方法大都是具有一定概率水准的近似方法,除了进行合理的抗震计算外。还应采取有效的构造措施来提高结构抗震性能。《公路抗震规范》区分不同基本烈度,分别给出了桥梁结构抗震构造措施。通过限制构件之间的位移,增强柱墩的强度、刚度和延性,加强结构整体性和稳定性等方面来提高桥梁结构的抗震性能。近几十年来,尽管世界各国都在改进桥梁设计方法方面做出了巨大的努力,但是在近年来发生的几次大地震中,桥梁结构仍然不同程度的遭到了的损害,这说明还有待进一步地完善桥梁的抗震设计理论。大量的震害资料表明,合理的结构形式和成功的抗震设计,即合理的概念设计可以大大地减轻甚至避免震害的发生。一个是概念设计、一个是构造细节设计。需要注意的是,这两个东西其实和具体的抗震计算关系不大,计算只是辅助手段,只是验证概念和细节的合理性。所以设计师需要的是对桥梁抗震设计基本概念和原理的深刻理解。从结构上来说,要清楚哪些结构有利于抗震,哪些结构抗震不利,其中包括桥型、上部结构、下部结构、墩台、基础的处理等等。构造细节措施则包括一些基本的抗震措施,比如支座的选择、挡块的设置等等,还包括构件细节的构造措施、比如墩的箍筋配置、节点配筋构造。国内外桥梁抗震研究人员一直都在研究桥梁的合理构造措施,合理的构造措施可以提高整体的延性及滞回耗能能力。在确定路线的总走向和主要控制点时,应尽量避开基本烈度较高的地区和震害危险性较大的地段;在路线设计中,要合理利用地形,正确掌握标准,尽量采用浅挖低填的设计方案以减少对自然平衡条件的破坏。对于地震区的桥型选择,宜按下列几个原则进行:尽量减轻结构的自重和降低其重心,以减小结构物的地震作用和内力,提高稳定性,力求使结构物的质量中心与刚度中心重合,以减小在地震中因扭转引起的附加地震力,应协调结构物的长度和高度,以减少各部分不同性质的振动所造成的危害作用,适当降低结构刚度,使用延性材料提高其变形能力,从而减少地震作用,加强地基的调整和处理,以减小地基变形和防止地基失效。
5、结语
虽然目前地震还不可有效的预测,但是只要我们通过研究认识到地震对结构的破坏规律,我们就能通过一定的抗震设防原则制定相关的抗震设防措施并控制好施工质量,这样就能尽量减低震害的影响。
参考文献:
1.袁腾文.浅谈公路桥梁的防震设计.科技资讯,2009年3期
2.龚继铣.浅谈公路桥梁的防震设计.科技资讯,2009年18期
3.沈建章,王光.浅谈公路桥梁的加固技术.科技创新导报,2008年第9期
关键词:桥梁;抗震设计规范;现状;趋势
中图分类号:U442 文献标识码:A
伴随着地震的到来,打破了人们宁静的生活,也使得很多桥梁没有经受住地震的考验,桥梁倒塌、路面开裂,导致灾害程度逐渐上升,增加了地震灾区的经济损失。因此,就需要不断规范桥梁的抗震设计,虽然在设计桥梁抗震方面已经取得一定成果,但是和发达国家相比,还是具有很大差异,所以,就需要我们不断完善和改正桥梁抗震设计规范,降低建设桥梁留下的安全隐患。
1.公路桥梁抗震设计规范
在2008年国家颁布了新的公路桥梁设计规范。该设计规范是在我国以往积累的抗震设计经验和教训的基础上,并结合和借鉴了国外先进的抗震设计理念,所以该规范的合理性和科学性比以往有了很大的提高。但是,由于我国整个地域跨度大,有很多区域都属于地震高发地带,并且地质环境也比较复杂,新的公路桥梁设计规范虽然借鉴了先进的抗震设计理念,但是其没有考虑到国内的实际情况,导致新规范中问题众多。国内的桥梁等级是以桥梁的单跨径长度为级别划分的依据,150m以上属于最高级别设防,剩余的则以公路等级为依据来划分桥梁的等级,侨联的级别不同,抗震设计目标也不相同。现阶段,国内外基本都采用两水准设防和两阶段的抗震原则来完成桥梁的抗震设计。
2.桥梁抗震设计规范的现状
当下环境条件日益恶化,地震的出现率和危害程度也随之提高。在每次地震过后,相关研究人员都会对其进行研究,找出其中的问题,以不断增强建筑设施的抗震能力。在大多数的桥梁抗震设计中,都是以原有的设计为基础,来进行更深层次的优化和完善,改变以往的单方面强度控制模式,逐渐采用位移、强度的双标准控制以及更多指标的控制方式,以提高桥梁的抗震能力。在当基于位移设计、基于强度设计、基于能量设计以及基于性能设计等是最常用的几种桥梁抗震设计。
在以往桥梁抗震设计最主要就是基于强度的设计,这种设计方式是国内都非常认可的一种设计方案,在实际操作中利用计算来完成地震效应的测量,进而来确定桥梁基础强度结构。通过对这几年中发生的大型地震分析可以发现,如果建筑构建可以一直维持较高的强度,在地震发生时,其基本不会出现较大的变化。随着抗震设计的发展,延性抗震设计逐渐被人们认可和应用。通常情况下,地震强度很大,非常容易引起桥梁结构的弹塑形变情况,如果时间一久,就会造成结构滞回延性严重超标,进而导致桥梁结构出现破损情况。所以,延性设计是抗震设计中非常关键的一项内容。在延性抗震设计出现后,抗震设计的发展和创新就步入了停止阶段,就没有新的发展,直到基于位移设计方式的出现,抗震设计得到了进一步的发展。在当下,抗震设计不仅需要确保桥梁的安全性和稳固性,还需要尽可能降低设计的成本,提高桥梁工程的经济效益。
3.桥梁震害的影响因素
3.1 桥梁结构设置不科学,支座、挡块等连接和构造措施没有按照相应的要求和标准来进行选择,进而导致桥梁因为落梁出现损坏。该情况一般出现在简支梁桥、连续高架桥中。由于上述桥梁结构的连接部位及挡块、牛腿等位置的结构过于简单,在大型地震出现时,其受力情况就会出现变化,进而导致桥梁的塌落。所以,在设计桥梁结构时,需要为其选择最适合的桥梁抗震结构体系。
3.2 由于桥墩的抗震能力较差而引起的桥梁破坏,其主要体现在强度不足和延性不足两方面。桥墩出现破坏的原因有3点:承载能力不足、塑性铰的设置不够科学和非塑性区的能力设计不达标。剪切破坏和弯曲破坏是桥墩破坏的常见形式。弯曲破坏一般出现在高柔性的桥墩中,而剪切破坏则多出现在矮墩。
3.3 由于各支点运动不一致而造成的桥梁损伤:当地震出现时,因为场地不同,桥梁中各个支点的地震波输入频率也有所差异,再或者地震输入支点时的相位差不一致,进而导致桥梁中多点激励和行波效应的出现。特别是对于地籍地质比较软而且不连续的桥梁。因为砂土液化,地基承载能力降低,导致地基出现沉降、滑移等情况,进而造成桥梁中其他部分的破坏。
4.桥梁抗震设计规范与发展趋势
4.1 桥梁抗震设计的未来标准
在进行桥梁的抗震设计时,最需要重视的因素是抗震设防的标准。地震的等级不同,其造成的危害程度也不一样。在过去的抗震设计中,通常设计出的桥梁抗震结构仅能起到单一的防范作用,但是在当下的桥梁抗震设计中则需要前面考虑抗震设防的标准。
4.2 位移、延性抗震设计发展趋势
当下基于位移和延性方面的强度抗震设计方法在当下的桥梁抗震设计中应用非常广泛。桥梁抗震设计是现阶段非常热门的一个研究课题,有很多桥梁抗震设计专家都建议在桥梁抗震设计中引入位移,以此为参考,来完成对桥梁的抗震设计,增强桥梁的抗震能力。
4.3 基础桥梁抗震设计发展趋势
通过对以往抗震设计的实例进行分析可以发现,桥梁的基础结构作为整个桥梁的根本所在,必须做好ζ涞目拐鹕杓啤T诘卣鸱⑸时,如果桥梁的基础结构出现破损,很容易导致整座桥梁的坍塌,进而引起严重的安全事故。与此同时,桥梁基础防震设计工作的难度相对比较大,施工人员必须进一步提高对其的重视。美国在这一方面已经有了比较成熟的设计规范,所以在实际设计中国内的设计人员可以对其进行借鉴和参考,进而制定出符合自身实际情况的抗震设计方案。
4.4 减隔震以及耗能抗震设计发展趋势
现阶段科学技术进步迅速,在桥梁抗震设计中已经逐渐使用了隔震、减震以及耗能等技术,并且社会各界对此也非常重视,但是在当下其还缺少必要的实践验证。对减震、隔震和耗能技术的研究和完善具有重要的意义和作用,它能够有效促进桥梁结构抗震能力的提高,确保社会的稳定和谐。
4.5 构造细节以及规范的可操作性
当下国内的桥梁抗震设计已经有了不小的进步,但是其中还需要许多可以完善的部分。
无法将问题进行量化以实现解决问题的目的,所以研究人员要做好对实际经验、研究成果以及理论知识的总结、分析和研究,最终制定出合理科学的抗震设计,以促进桥梁结构抗震能力的提高。在进行桥梁的设计时需要保证抗震设计规范的可操作性,因为它与设计人员在工作中的规范性以及设计的合理性都密切相关。当设计规范的可操作性比较差时,设计人员在实际工作中非常容易出现设计偏差,由其完成的抗震设计难以满足相关的要求和标准,导致整个桥梁结构的抗震能力较低,因此,设计人员在工作中需要确保设计的规范性,做好对细节的处理,以促进桥梁结构抗震能力的提高。
结语
综上所述,虽然我国在桥梁抗震方面已经取得显著效果,但是还是会存在很多没办法解决和描述的问题,更加不能与发达国家的先进技术相比。所以就需要我们的科研人员不断进行地震模拟实验,依据实验数据提高桥梁的抗震能力,相信在所有科研人员的不懈努力之下,桥梁抗震设计必定会有重大突破。
参考文献
[1]曾志平.桥梁抗震设计规范的现状与发展趋势[J].城市建筑,2013(10):247-247.
关键词:桥梁抗震;设计技术;发展趋势
中图分类号:U44 文献标识码:A
1.桥梁震灾及抗震设计技术现状
1.1 支撑连接件以及下部结构失效
所谓的支撑连接件失效,即是桥梁当中起到承接力作用的上部结构与下部结构承受的力超出了其承受范围,从而导致部件与桥体之间发生了相对位移,使得起到支撑作用的部件失去了其应有的作用,桥梁上层部分与下层部分发生了一定程度的分离,较为严重的情况下会使得桥梁整个部分相互分隔开来,最终使得桥体出现坠毁崩塌等现象。而产生这一现象的原因,大多是在进行桥梁设计的时候没有充分地考虑到桥梁相邻跨之间的相互位移的程度,导致支撑部件的失效。因此,通过增加支撑部件的宽度进而使支撑部件相对稳固。对桥梁设计的不合理以及承力计算的不准确会导致桥梁的桥墩与桥台部分出现损坏,最开始出现较小程度的裂痕,随着地震力的传递,裂痕逐渐增大,增多,桥墩开裂折断,进而导致下部结构的失效。若想要解决这种状况,只能在前期的延性设计以及施工当中保证准确,使结构的弹性得到保持。
1.2 软弱地基失效
当地震灾害发生时,桥梁下部的承载地基会由于地壳的变动发生永久性的变形,这种地基高低与承载能力的变化会使得支撑桥梁的土地部分变得较为柔软,严重者会出现地基沙土化或地基塌陷的现象。这种地理土壤情况的不良变化容易使得桥梁的下部支撑部位发生一定程度的位移,而桥梁下部的不均衡位移更容易导致桥梁表面出现裂痕,进而使得桥梁整体崩塌破坏。地震灾害容易使土壤部分出现砂土液化的现象,将固体的土壤状态转变成为具有流动性的状态,喷水冒砂,这种现象使得土壤抵抗剪切力的能力大大下降,使得桥梁建筑下降塌陷,倾斜或倾覆。由于这种状况的出现大多是由地震的自然灾害造成的,很难避免,因此,在桥梁的建设过程当中选择好建设地址,避免选择容易出现地基失效的位置进行桥梁的搭设。
1.3 研究技术现状
由于地震灾害对于桥梁的影响十分大,因此,在国内外的一些著名桥梁建设当中,都采取了些抗震加固技术措施。在桥梁的伸缩缝及端部利用接块或者挡块进行接缝工作,这样做可以有效增加桥梁的支撑面厚度以及宽度,减少地震当中桥梁支撑梁掉落的现象。通过对桥梁施加钢筋混凝土技术,增加桥面的横向约束能力,降低地震时桥面弯曲的现象发生。增加桥梁的稳定性最重要的是在桥梁设计与建设时采用桥梁抗震技术,例如由美国研究人员提出铅芯橡胶支座技术,这种技术的采用可以有效增加桥梁上部与下部之间的联系,最大程度地减少地震发生时桥面与桥梁支撑部件之间的相对位移,避免桥面的崩塌脱落。美国加州的运输部在菲奈尔多地震当中发现这种有效抗震手段。
2.主要结构设计方式与发展趋势
2.1 混凝土结构设计
钢筋混凝土技术是桥梁抗震加固技术的重要手段之一。在我国大多数桥梁的抗震加固设计与建造当中,所采用的大多为钢管外包加固,加大混凝土截面以及复合材料加固技术。其中,钢管外包加固对于原料的要求较低,材料花费较少,安全性较高,稳定性较好,耐久度较高,因此,在我国的一些大型桥梁建筑工程中都采用这种技术。随着科技的发展,复合材料加固技术也在不断地普及,由于日本的地震较为多发,且该国对于高新技术材料的研究较为先进,因此在FRP复合材料加固的技术研究中也较为领先。日本对于这种高新技术材料的研究实在阪神地震之后,由于当时的地震造成的人员损失较多,使得相关研究单位对于FRP的研究激增。采用钢筋混凝土技术时,需要注意,应当确定相应的混凝土构件以及承载能力的极限,这种分析方法是必须的,但我国在这一方面相对落后,因此需要加大研究力度,增加我国桥梁建筑工程在地震当中的稳定性。
2.2 未来桥梁抗震标准以及结构基础抗震设计
随着未来桥梁设计技术与抗震技术的发展,需要考虑到各个震级下桥梁的稳定性情况进行抗震标准的规划。不能仅仅采取单一的抗震设计结构与评测水平。桥梁的基础结构是桥梁抗震稳定的关键所在,只有保证基础结构的稳定与抗震水平达到标准,才能保证地震灾害发生时桥梁所受的物理性损害降到最低,虽然这方面的设计工作的难度较大,但是,却是绝对不能忽视的。在美国已经成立了相关的组织体系进行桥梁基础结构的设计教学,并执行相应的标准与规范,我国在这一方面的工作还不健全,体系还存在漏洞,更需要加大力度进行完善与弥补,促进我国桥梁事业的发展。
2.3 延性与位移设计及耗能设计发展趋势
延性与位移设计既是一种设计手段,又是一种设计参数,通过这种合理的设计,增加桥梁的上层部位与下层部位的延展性与稳固性,降低地震灾害发生时两者之间的相互位移,是一种有效的抗震设计手段。这种强度设计方法在诸多的研究专家的建议下将其作为桥梁位移的设计参数,按照这个参数确定桥梁的抗震稳定能力。而作为桥梁抗震的重要技术手段,减震与隔震技术被明确规定要加入桥梁的设计当中,桥梁建设与维护对于能源的消耗也较为庞大,因此,耗能技术的规范也被明确起来。随着科学技术的不断发展,诸多研究人员对抗震技术隔震技术的研究也在不断地加深。通过未来的发展,采用最新的技术发挥其抗震功效,能最大程度地增加桥梁的稳固性与抗震性。
结语
通过对一些国内外的地震灾害进行分析,进而对一些著名的桥梁设施的抗震加固技术进行阐述,分析现状,并就未来的发展趋势做出一个合理的预测,从而为我国的桥梁抗震设计提供相应的经验,力求减小地震自然灾害对于桥梁的影响,保护人民生命财产安全。
关键词:公路桥梁;抗震加固;措施
桥梁是公路工程的重要一环,多为我国国省干线公路交通网上的关键节点,当地震发生时,桥梁较易发生破坏,一旦失去通行能力将会严重阻碍抗震救灾工作并带来一系列的次生灾害,造成生命及财产的更大损失。也造成了公路和铁路桥梁的严重毁坏。因此,研究公路桥梁抗震加固技术具有必要性和工程意义。
一、桥梁抗震加固的必要性
随着我国国民经济的快速发展,交通运输业得到了长足发展,交通量猛增,车辆载重增大。很多桥梁特别是依据旧规范修建的老桥,或因设计、施工以及使用上的种种原因存在不同损伤的桥粱,均处于无法满足现代化交通现状的局面。如将这些桥全部蘑建,不但影响现有交通也耗费人力、物力 实践证明,采用适当的加固技术,可有效恢复和提高旧桥的承载能力和通行能力、延长桥梁的使用寿命。采用此法不但可以节省大量投资,亦可通过维修和加固旧桥消除交通安全隐患,以提高公路通行能力和服务水平、满足现代化交通运输的需求。
需要进行抗震性能评价与加固的情况有:地震中遭受严重破坏桥梁的修复或加固:其次是随着新规范的颁布,设计方法的更新,对以前未按新规范设计的桥梁进行抗震性能评价。通过评价的结论提出有效的加固方法,提高单个构件及桥梁体系的抗震性能以满足新的抗震设防要求。对于由《公路工程抗震设计规范》(JTJO04-s9)进行设计的桥梁,其设防标准单一,往往没有足够的构造措施保证结构的整体延性,也没有采用能力设计的思想来防止桥墩等构件的剪切破坏。而新刊布的《公路桥梁抗震设计细则》(JTG / T B02一O1—2008)提出了以预防为主的抗震设计方针。使得用旧的抗震标准设计的公路桥的抗震性能不足。对于这类公路桥应进行震害检查,明确其抗震弱点,力求通过抗震加固及维修等手段提高其抗震性能。
二、桥梁与抗震
近几年自然灾害频繁发生,特别是地震带来的强破坏性,给人们的生命和财产带来很大的危害。我国处于二大地震带之间,是一个地震多发国家,强震后带来的不仅仅是生命财产的损害,还会引发一个长期的政治、经济问题及情感上难以愈合的创伤。地震发生后,公路桥梁成了通往震中的唯一生命线,对抢救人民的生命财产安全起着非常重要的作用,在震后公路桥梁也是人们重建家园,恢复生产的重要环节之一,所以在地震中,公路桥梁是生命系统的重要组成部分,由于其重要的作用,所以在公路桥梁设计过程中抗震性能会成为设计的重点关注问题,公路桥梁抵抗地震的灾害能力增强了,对抢救人民生命财产和恢复灾后重建有着极其重要的意义。根据历次大地震的调查研究,公路桥梁的地震破坏主要形式总结归纳如下:桥梁上部结构受水平力作用滑落;桥墩塑性铰的抗弯、抗剪强度不足,导致桥墩破坏;桥墩、桩基础钢筋的连接及锚固性能不足,导致桥墩破坏(最为常见);常规桥梁抗震设计首先应是抗震构造措施,根据汶川地震相关调查表明干线公路桥梁由于采用了合理的抗震构造措施,结构安全富余较多,震后其破坏远小于地方道路桥梁。抗震构造措施是总结桥梁震害经验的基础上提出的设计原则,事实表明抗震构造措施可以起到有效减轻震害作用,而所耗费的工程代价往往较低。
三、桥梁的加固技术研究
对于处于地震多发区的已经修建的桥梁,应根据更为先进的设计思想对其进行抗震性能评价,并结合评价结果考虑是否应给予相应的抗震加固措施。
3.1结构连接件的维护
当支承连接件不能承受桥梁上、下部结构产生的相对位移时,可能会失去相应的作用,并导致梁体坠毁。而这种情况往往都是由施工单位和养护单位对桥梁支承连接件的性能质量的重视度不够所引起的。因此,应定期对桥梁支座、伸缩缝等连接构件进行维护。在国内,目前采用较多的维护方法有采用挡块、连梁装置等安装于伸缩缝等上部接缝处;安装限位装置于简支的相邻梁间;为耗散作用于机构的地震能量增加耗能装置及减隔震支座;增加支承面的宽度等措施。此外,在桥梁使用期间定期检查并维护支座时应随时清除伸缩缝内的杂物。
3.2上部结构加固
加固上部结构主要有粘贴钢板加固法、增大截面加固法和结构体系转换法。粘贴钢板加固法主要在梁板桥的主梁底部出现严重横向裂缝时使用。在粘贴钢板、钢筋或纤维时应特别注意粘贴位置,即粘贴位置应尽量远离中性轴加固区。同时还应注意黏结剂的性能以保证锚固的可靠性;增加截面加固法主要是增设钢筋在主梁下部以提高主梁的抗弯能力。同时,如果增设的钢筋较多可考虑将主梁下部的截面面积增大以避免超筋构件的出现。另外,应设置锚固筋,传力销、剪力键等可靠的连接物在新老结构材料之间以避免增加的重量破坏原截面;结构体系转换法主要指将可承受负弯矩的钢筋设置在简支梁的梁端,使相邻两主梁连起来就可形成多跨连续梁,进而达到提高桥梁承载力的目的。
3.3下部结构加固
下部结构的加固主要有柱罩、填充墙、连梁、加固支座、加固帽梁、桥台和加固基础等措施。填充墙具有提高柱的横向能力和限制柱的横向位移等特点,可用于多柱桥梁;连梁可提高混凝土排架的横向能力。连梁可置于排架底部标高处替代墩帽,也可置于地面标高和排架底部标高之间的某个位置以调整特定排架的横向刚度。一直以来支座都是地震中受损最容易的部位,而为加固支座现在一般都采用隔震支座加固桥梁的方式,此外还有用铅芯橡胶支座或者缆索与弹性支座配套使用代替弹性支座的方法;帽梁加固方法最常见的是给现有帽梁增设垫板;桥台加固主要有两种方法,一是支座延长装置,二是用木材、混凝土或钢筋填塞夹缝,后者采用较多;通常基础加固的方法是增设覆盖层、均匀增加基础、增加接触面积或将基础锚固于土中等。
四、结束语
桥梁抗震加固是一项很复杂的工程,涉及地震工程学、弹塑性力学、损伤力学、计算力学、新材料开发和应用、现代检测技术等多个学科分支,必须通过学科交叉与融合研究,对桥梁的地震损伤进行正确计估和计算,并结合经济上的合理性,才能给出理想的桥梁抗震加固方案。■
参考文献
[1]李伟,崔雷等.桥梁抗震设计及对策分析吉林交通科技[J].2010;2(4):1045-1047.
[2]庄卫林,刘振宇,蒋劲松.汶川大地震公路桥梁震害分析及对策[J].岩石力学与工程学报,2009,28(7):1377-1387.
Abstract: as the main artery of national economy is one of the highway traffic, lifeline earthquake relief. The bridge is an important part of the highway engineering, when the earthquake occurred, the bridge is easy to fail, once lost capacity will be severely hampered the relief work and bring a series of secondary disasters, a greater loss of life and property caused by the. This paper discusses strengthening bridge construction, the bridge reinforcement technology research and should be followed in the bridge seismic design process of some design principles and measures, in order to achieve the earthquake and seismic effect.
关键词:公路桥梁 抗震设计 加固技术
Keywords: seismic design of highway bridges reinforcement technology
TU74
桥梁工程是公路工程的咽喉要道,在保障公路通畅中起着至关重要的作用。一旦地震就会使交通线路瘫痪,将会给国家和人民带来极大的损失和不便。因此对其进行有效的抗震设计,确保其抗震安全性意义深远。
一、抗震概念设计
由于地震发生具有不确定性和复杂性的特点, 再加上结构计算模型的假定与实际情况的差异,使“概念设计”比“计算设计”更为重要。“计算设计”很难控制结构的抗震性能,因而不能完全依赖计算。结构抗震性能的决定因素是良好的“概念设计”。因此,在桥梁的方案设计阶段,应考虑桥梁的抗震性能,尽可能选择良好的抗震结构体系。在抗震概念设计时,为了保证桥梁结构的经济性和抗震安全性,要特别重视上、下部结构连接部位的设计,桥墩形式的选取,过渡孔处连接部位的设计以及塑性铰预期部位的选择。通常允许桥梁结构在强震下进入塑性工作状态, 在预期的部位形成塑性铰以耗散能量,但不允许出现脆性破坏,如剪切破坏。为了保证所选择的结构体系在桥址处的场地条件下确实是良好的抗震体系, 必须进行简单的分析(动力特性分析和地震反应评估) ,然后结合结构设计分析结构的抗震薄弱部位, 并进一步分析是否能通过配筋或构造设计保证这些部位的抗震安全性。最后,根据分析结果综合评判结构体系抗震性能的优劣,决定是否要修改设计方案。
二、震后检测加固必要性
1、结构破坏及规范要求
桥梁结构进行震后检测及加固技术其必要性来自两个方面:首先是地震中的部分桥梁遭受严重破坏,需要进行修复或加固;其次是随着新规范的颁布执行!设计方法的发展和更新,许多按以前方法设计的或根本就没有进行抗震设计的桥梁的抗震性能需要重新进行评估。相当数量的桥梁,尤其是早期修建的桥梁,由于资金短缺,设计!施工标准低,加上技术管理薄弱,施工质量不能保证这些桥梁的使用寿命,有些很快就变成危桥;由于桥梁管护不善!大自然风霜雨雪的侵蚀以及环境污染的日益加重,造成桥梁自身老化破损,衰老加快,寿命缩短。对这些桥梁,通过评估及有效的加固,力求能够提高单个构件以及整个桥梁体系的抗震性能, 以满足现存规范及交通提出的抗震设防要求。
2、地震特征的要求
通过对世界范围内历次发生的地震特征进行分析发现, 地震在空间上和时间上具有丛集的特征。在一定时间内,发生在同一震源区的一系列大小不同的地震, 且其发震机制具有某种内在联系或有共同的发震构造的一组地震总称为地震序列。在地震序列中,震级最大的称为主震,主震前的小震则称为前震,主震后发生的地震称为余震。强度等级高的地震,往往会伴随着强余震的发生。现行的国内外抗震规范在确定地震载荷时,只考虑了主震影响,没有考虑地震序列中的强余震对结构的抗震性能造成的影响, 这对于结构抗震来说既不安全也不全面。目前国内外对地震序列作用下结构物的破坏研究很少涉及。中国地震局地球物理研究所赵金宝以量化形式研究了建筑物相继经历主震! 余震作用下的破坏状态。 然而,各类桥梁在余震中的抗震能力并没有具体的研究,桥梁在震后的抗震能力评估与加固仍是保证结构在地震中通行能力的有效措施。
三、震害产生原因分析
(1) 支承连接件失效―― ―― ―由于上下部结构产生了支承连接件不能承受的相对位移,使支承连接件失效,上部与下部结构脱开,导致梁体坠毁。由于落梁的强烈冲击力,下部结构将遭受严重破坏。支承连接件失效的原因,主要是设计低估了相邻跨之间的相对位移。为了解决这个问题, 目前国内外的通常做法是增加支承面宽度和在简支的相邻梁之间安装纵向约束装置。
(2)下部结构失效―― ―― ―主要是指桥墩和桥台失效。桥墩和桥台如果不能抵抗自身的惯性力和由支座传递来的上部结构的地震力,就会开裂甚至折断,其支承的上部结构也将遭受严重的破坏。钢筋混凝土柱式桥墩大量遭受严重损坏, 是近期桥梁震害的一个特点。其原因主要是横向约束箍筋数量不足和间距过大,因而不足以约束混凝土和防止纵向受压钢筋屈曲。目前的解决办法是通过能力设计和延性设计,使桥梁的屈服只发生在预期的塑性铰部位,其余结构保持弹性。
(3) 软弱地基失效―― ―― ―如果下部结构周围的地基易受地震震动而变弱,下部结构就可能发生沉降和水平移动。如砂土的液化和断层等,在地震中都可能引起墩台的毁坏。地基失效引起的桥梁结构破坏,有时是人力所不能避免的,因此在桥梁选址时就应该重视,并设法加以避免。如果无法避免时, 则应考虑对地基进行处理或采用深基础。
四、抗震加固技术
作为可能采取的震前技术,可以提出防止落梁的构造、 液化、 冲刷、 基础施工方法、 下部结构形式、 下部结构材料、 主筋减少部位、 地震动加速度等方法,可针对各种震害提出相应的抗震加固措施。针对上部结构及落梁震害,采用减、 隔震支座在梁体与墩、 台的
连接处增加结构的柔性和阻尼以减小桥梁的地震反应, 利用桥墩在地震作用下发生弹塑性变形耗散地震能量以达到减震的目的。在伸缩缝、 铰和梁端等上部接缝处采用拉杆、 挡块、 连梁装置或者增加支承面宽度等措施,以防止落梁震害的发生。针对支座及支撑连接件的震害, 目前的做法是增加支承面宽度和在简支的相邻梁间安装纵向约束装置,或者增加支承面宽度。 对于下部结构震害,应通过能力设计和延性设计,提高其抗弯延性和抗剪强度,防止桥墩弯曲和剪切震害,增加其耗能能力,使桥梁的屈服只发生在预期的塑性铰部位。目前桥墩加固的主要技术有:混凝土加大截面加固方法,钢板外包加固法,钢纤维混凝土加固法,复合材料、 玻璃纤维、 碳素纤维加固法等。对无筋混凝土结构,有可能产生脆性破坏,需要寻求结构上的抗震加固对策。可采用混凝土衬套方法和钢板衬套方法使衬套与既有的桥墩结合成一个整体。
五、抗震发展趋势
调查研究表明,遭受严重破坏和倒塌的桥梁结构,绝大部分是源于落梁和抗弯延性不足。 因此,国外主要的多震国家,开始强调桥梁结构整体的延性能力, 其它一些国家则在原有规范的基础上,也相应地对保证桥梁结构整体的延性能力, 并通过设计和构造保证桥梁结构的整体延性能力。为了保证结构的整体延性能力,目前通常的做法是增加防落梁构造措施和在预期出现塑性铰的关键部位增加横向约束,以提高桥墩的抗弯延性和抗剪强度。 从加固的对象上来看,美国、 日本等桥梁抗震加固水平最高的国家,已经把加固的重点从以前单一的防落梁构造措施,转移到重视桥墩整体延性上来,以保证加固后的桥梁与新建桥梁的抗震能力相当。国内外地震工程研究人员总结了近年来国内外的震害资料,开始检讨过去单纯 “强度抗震” 设计的指导思想,研究考虑基于性能的抗震设计原则。基于性能的设计被广泛的认为是未来结构抗震设计规范的基本思想。抗震设计的性能指标,可以是单一指标,也可以是多指标或组合指标。 在研究手段方面, 整个抗震工程学都出现了越来越重视和依靠地震模拟试验的发展趋势。应该注意到现在的试验已经不再是传统意义上的简单试验,而是和现代科技融为一体的高科技试验.
六、结语
总之,桥梁的各种状况应当引起各级公路管理部门的重视,我们要充分吸收国外已有的研究成果,针对我国桥梁的实际情况,开展必要的试验研究和理论分析工作,对桥梁抗震构造技术进行进一步的改进和完善,从而可以很好地达到桥梁结构的防震和抗震效果,以提高我国公路桥梁的抗震性能和抵御地震灾害的能力提供可靠的技术保证
参考文献
关键词:公路桥梁;抗震加固;技术
中图分类号: TU997 文献标识码: A 文章编号:
在世界上主要有两个地震频发的地带,欧亚地震带与环太平洋地震带,其中环太平洋地震带是相对比较活跃的,世界上百分之八十的地震都集中在这。我国大部分地区是处在欧亚地震带上,地震发生的频率也是比较多。公路交通的安全、稳定性是开展抗震救灾工作的命脉,桥梁就是公路交通中比较重要的环节,是公路交通网中关键所在,当发生地震的时候,桥梁工程遭到损坏,失去了正常使用的功能,阻碍了抗震救灾工作的开展,进一步导致财产以及生命安全的损失。所以,一定要对公路桥梁的抗震加固技术进行研究,并且已经成为工程发展的必然结果。
一、研究抗震加固技术的意义
随着国民经济的不断发展,交通运输行业得到了飞速的发展,交通量飞涨,车辆的载重也越来越大。很多桥梁尤其是一些按照旧规范标准进行建设的老桥,由于设计、施工或者使用过程不当而产生的不同程度的损坏,导致其使用功能无法达到目前交通现状的需求。如果重建这些老桥,不仅会对目前的交通情况产生不良影响,还会消耗大量的物力、人力。通过实践可以说明,采取恰当的加固技术也可以提高老桥的使用性能与承载性能,进而延长桥梁的使用年限。进行相应的加固处理,不仅可以节约大量的成本,还可以利用加固处理解决桥梁使用过程中存在的安全隐患,进而提高公路桥梁的通行能力以及服务性能,达到交通运输的实际需求。首先,要对公路桥梁的抗震性能进行评估,掌握桥梁的损坏程度,方便进行相应的修复与加固。其次,随着新规范标准的推行,以及设计方法的改进,对于一些老旧桥梁进行新的抗震评估,根据相应的评估结果提出有效的加固手段,改进桥梁的使用性能,进而提高公路桥梁的稳固性,满足实际抗震需求。一些老旧的规范标准中对于桥梁的抗震设计比较单一,没有相应的细则规定,导致桥梁的设计中存在着许多的不确定因素,而新颁布的相应规范标准中提出了预防为主的抗震设计理念,为公路桥梁的抗震设计提供了可靠的依据。因此,为了确保财产以及生命安全,一定要提高公路桥梁的抗震性能。
二、抗震加固技术的现况
自美国Alaska地震之后,就开始研究桥梁抗震性能评估以及加固技术。近几年来,随着地震发生次数越来越频繁的情况,各个国家都开始重视桥梁抗震加固技术的设计与研究。现阶段抗震评估工作大致包括两个阶段:一是,确定最需要与最危险结构的加固,也可以将其称之为优先研究阶段;二是,对需要加固的结构开展详细的分析工作,也可以将其称之为调查研究阶段。在优先研究阶段主要重点研究桥梁结构重要性、基础与场地的特点(砂土液化、场地土类型)、结构自身特点、结构易损性以及桥梁施工的选址等方面。我国现阶段对于桥梁抗震评估工作还处在初期阶段,还没有形成统一、科学、系统的规范标准。在确定需要加固的结构之后,一定要对目前结构的抗震性能开展详细的评估工作,选择恰当的加固技术与方法,尽可能的改进公路桥梁的使用性能,满足实际使用需要。对于我国目前的抗震加固技术水平而言,与一些发达国家还存在着不小的差距,实施的相应抗震加固技术还处在经验阶段,因此,一定要多多借鉴一些成功经验,结合自身的特点,开展有效的抗震加固处理,进一步满足公路桥梁抗震加固方面的规范标准。
三、抗震加固技术的实施方法
(一)结构连接构件的加固
根据实践经验,有关的施工单位只是关注了公路桥梁工程施工过程中的质量环节,而养护单位就只是关注公路桥梁的通行舒适情况以及整体线型等方面,忽视了结构连接构件的承载能力,以及支撑质量。当公路桥梁的上部、下部结构之间的连接构件无法承受相应的荷载时,就会产生一定的位移,导致连接构件失效,梁体坠毁的情况。
(二)上部结构构件的加固
对于公路桥梁上部结构构件进行加固的方法主要有三种:一是,增大截面法。为了增强主梁的抗弯性能,在梁板下部加置钢筋,假如增加的主筋数量过多,防止发生超筋构件的现象,可以适当加大主梁下部的截面积。比如:梁桥,可以加大马蹄的宽度与高度,以此来增加构件的截面积。在工程施工的过程中,一定要注意增加的重量不要损坏原截面,并且在新老建筑材料之间一定要进行锚固筋、传力销以及剪力键等可靠连接。二是,粘贴钢板法。当梁板桥的主两部分出现比较严重的横向裂缝时,可以采取此项措施,进行简单的操作,就可以达到加固的效果。但是对于纤维、钢筋以及贴钢板的位置一定要远离中轴加固区域,在可以开展锚固的时候,尽可能进行锚固,同时考察桥梁结构的黏结性能。三是,结构体系转换法。在简支梁的梁端安装相应的负弯矩承载钢筋,让相邻的主梁连接起来就可以形成多跨式的连续梁。根据连续梁的相应受力情况,减小跨中弯矩,进而达到提升桥梁承载性能的目的。
(三)下部结构构件的加固
下部结构构件的损坏指的主要是桥台以及桥墩的失效。如果桥台以及桥墩不能再承受自身的惯性力以及支座传递的地震力,就会导致桥梁结构出现开裂甚至是断裂的情况。钢筋混凝土的桥墩在发生地震的时候非常容易受到损坏,究其原因主要为箍筋的间距太大以及相应的数量太少,无法满足桥梁施工的实际需求,导致钢筋受力弯曲。对于提高桥墩抗震性能的措施,主要就是利用增加截面积或者黏贴纤维、钢板等,进行抗震性能的提升,避免出现桥墩破坏性震害的情况。现阶段进行桥墩加固的技术主要有:增加混凝土构件的截面积加固法、碳素纤维加固法、复合材料加固法、钢纤维加固法以及玻璃纤维加固法等。对于一些早期用石、砖等材料建设的桥梁下部结构构件极易可能出现脆性损坏,需要采取相应的抗震加固措施,通常采取的就是钢板衬套法以及混凝土衬套法等。
结束语:
总而言之,随着地震的频发,越来越多的公路桥梁建设者意识到了抗震加固技术的重要性。对于公路桥梁的加固工作而言,是一项比较长期开展的工作。因为缺乏一定的桥梁抗震加固标准以及相应的性能评估指标,我国桥梁抗震加固技术还有待改进。所以,一定要充分吸收一些发达国家的成功经验,结合本国的实际情况,开展相应的实践工作,保证公路桥梁具有足够的抗震性能,实现其使用价值的同时,节约相应的抗震加固施工成本。
参考文献:
[1]鲍卫刚,李建中.积极开展公路桥梁抗震性能评价及抗震加固技术研究[J].公路交通科学技术,2002(01).