畢業(yè)論文--橋梁工程抗震設計相關問題探討

1、<p>　　本科生(業(yè)余)畢業(yè)論文（設計）</p><p>　　題 目 橋梁工程抗震設計相關問題探討</p><p>　　辦學學院 </p><p>　　校外學習中心 </p><p>　　專 業(yè) 土木工程 </p>

2、;<p>　　年 級 </p><p>　　指導教師 </p><p>　　學生姓名 </p><p>　　學 號 </p><p>　　2013年 8月 1日</p

3、><p>　　橋梁工程抗震設計相關問題探討</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　目前橋梁工程抗震的研究問題是當今熱點問題，本文在分析橋梁結構地震破壞的主要形式基礎上，闡述了橋梁抗震設計原則，最后對于橋梁抗震設計方法進行分析，重點探討了橋梁抗震概念設計、橋梁延性抗震設計、地震響應分析及設計方法的改變以及多階段設計方法

4、等內(nèi)容。</p><p>　　關鍵詞：橋梁工程 抗震破壞 抗震設計</p><p>　　Bridge engineering aseismic design related issues discussed in this paper </p><p><b>　　Abstracts</b></p><p>　　Cu

5、rrent bridge engineering seismic research question is the hot issue, based on the analysis of bridge structures based on the main form of earthquake damage, this paper expounds the principle of bridge seismic design, fin

6、ally for bridge seismic design method is analyzed, discussed the bridge seismic concept design, seismic design and retrofit of Bridges, seismic response analysis and the change of the design method and design methods of

7、multi-stage content.……</p><p>　　Keywords: seismic design of bridge engineering seismic damage </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 橋梁結構地震破壞的主要形式……………………1</p><p&

8、gt;　　1.1彎曲破壞…………………………………………………………1</p><p>　　1.2剪切破壞…………………………………………………………1</p><p>　　1.3落梁破壞…………………………………………………………2</p><p>　　1.4支座損傷…………………………………………………………2</p><p>　　第二章

9、 橋梁抗震設計原則…………………………………2</p><p>　　2.1場地選擇…………………………………………………………2</p><p>　　2.2體系的整體性和規(guī)則性…………………………………………2</p><p>　　2.3提高結構和構件的強度和延性…………………………………3</p><p>　　2.4能力設計原則………………

10、……………………………………3</p><p>　　2.5多道抗震防線……………………………………………………3</p><p>　　第三章 橋梁抗震設計方法相關問題………………………3</p><p>　　3.1橋梁抗震概念設計………………………………………………4</p><p>　　3.2橋梁延性抗震設計…………………………………………

11、……4</p><p>　　3.3地震響應分析及設計方法………………………………………4</p><p>　　3.4多階段設計方法…………………………………………………5參考文獻…………………………………………………………………6</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　橋梁工程又是交通網(wǎng)絡中的重中

12、之重，橋梁工程抗震研究的重要性不言而喻?？拐鸶拍钤O計是指根據(jù)地震災害和工程經(jīng)驗等獲得的基本設計原則和設計思想，正確地解決結構總體方案、材料使用和細部構造，以達到合理抗震設計的目的。合理的抗震設計，要求設計出來的結構在強度、剛度和延性等指標上有最佳的組合，使結構能夠經(jīng)濟地實現(xiàn)抗震設防的目標。本文主要探討了橋梁工程抗震設計相關問題，為今后橋梁設計起到借鑒作用。</p><p>　　第一章 橋梁結構地震破壞的主要

13、形式</p><p>　　橋梁結構地震破壞的主要形式根據(jù)橋梁過去的地震破壞情況，除了如液化、斷層等凼地基失效引起的破壞以外，混凝上橋梁最常見的破壞形式有以下四種[1]：</p><p>　　1.1彎曲破壞。結構在水平地震荷載作用下由于過大的變形導致混凝土保護層脫落、鋼筋壓屈和內(nèi)部混凝土壓碎、崩裂，結構失去承載能力。整個過程可以用以下四個階段來描述：①當彎矩達到開裂強度時，截面出現(xiàn)水平彎曲裂

14、縫；②隨著裂縫的發(fā)展和荷載強度的提高，受拉側的縱筋達到屈服強度；③隨著變形量的增大，混凝土保護層脫落、塑性鉸范圍擴大；④鋼筋壓屈(或拉斷)和內(nèi)部混凝土壓碎、崩裂。</p><p>　　1.2剪切破壞(彎剪破壞)。在水平地震倚戟作用下，當結構受到的剪切力超過截而剪切強度時發(fā)生剪切破壞，整個破壞過程可以用以下四個階段來描述：①截血彎矩達到開裂強度時，截面出現(xiàn)水平彎曲裂縫；②隨著裂縫的發(fā)展和荷載強度的提高，柱內(nèi)出現(xiàn)斜方

15、向的剪切裂縫；③局部剪切裂縫增大，箍筋屈服導致剪切裂縫進一步增長；④發(fā)生脆性的剪切破壞。</p><p>　　1.3落梁破壞。當梁體的水平位移超過梁端支撐長度時發(fā)生落梁破壞。落梁破壞是由于梁與橋墩(臺)的相對位移過大，支座喪失約束能力后引起的一種破壞形式。發(fā)生在橋墩之間地震相對位移過大、梁的支撐長度不夠、支座破壞、梁間地震碰撞等情況。</p><p>　　1.4支座損傷。上部結構的地震慣性

16、力通過支座傳到下部結構，當傳遞荷載超過支座設計強度時支座發(fā)生損傷、破壞。支座損傷也是引起落梁破壞的主要原因。對于下部結構而言，支座損傷可以避免上部結構的地震荷載傳到橋墩，避免橋梁發(fā)生破壞。</p><p>　　第二章 橋梁抗震設計原則</p><p>　　合理的抗震設計，要求設計出來的結構在強度、剛度和延性等指標上有最佳的組合，使結構能夠經(jīng)濟的實現(xiàn)抗震設防的目標。要達到這個要求，就需要設

17、計工程師深入了解對結構地震反應有重要影響的基本因素，并具有豐富的經(jīng)驗和創(chuàng)造力，而不僅僅是按規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行[2]。以下為抗震設計應盡可能遵循的一些基本原則，這些原則基于歷次的橋梁震害教訓和當前公認的理論認識。</p><p>　　2.1場地選擇。除了根據(jù)地震危險性分析盡可能選擇比較安全的廠址之外，還要考慮一個地區(qū)內(nèi)的場地選擇。選擇的原則是：避免地震時可能發(fā)生地基失效的松軟場地，選擇堅硬場地。</p>

18、<p>　　2.2體系的整體性和規(guī)則性。橋梁的整體性要好，上部結構應盡可能是連續(xù)的。較好的整體性可防止結構構件及非結構構件在地震時被震散掉落，同時它也是結構發(fā)揮空間作用的基本條件。無論是在平面還是在立面上，結構的布置都要力求使幾何尺寸、質量和剛度均勻、對稱、規(guī)整，避免突然變化。</p><p>　　2.3提高結構和構件的強度和延性。橋梁結構的地震破壞源于地震動引起的結構振動，因此抗震設計要力圖使從地基傳

19、入結構的振動能量為最小，并使結構具有適當?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構變形；強度與延性則是決定結構抗震能力的兩個重要參數(shù)。由于地震動可造成結構和構件周期反復變形，使其剛度與強度逐漸退化，因此，只重視強度而忽視延性絕對不是良好的抗震設計。</p><p>　　2.4能力設計原則。能力設計思想強調強度安全度差

20、異，即在不同構件(延性構件和能力保護構件-不適宜發(fā)生非彈性變形的構件統(tǒng)稱為能力保護構件)和不同破壞模式(延性破壞和脆性破壞模式)之間確立不同的強度安全度。通過強度安全度差異，確保結構在大地震下以延性形式反應，不發(fā)生脆性的破壞模式。在我國以前的建筑抗震設計中，普遍采用“強柱弱梁，強剪弱彎，強節(jié)點弱構件”的設計思想。</p><p>　　2.5多道抗震防線。應盡量使橋梁成為具有多道抵抗地震側向力的體系，則在強地震動過

21、程中，一道防線破壞后尚有第二道防線可以支撐結構，避免倒塌。因此，超靜定結構優(yōu)于同種類型的靜定結構。但相對于建筑結構，橋梁在這方面可利用的余地通常并不大。</p><p>　　第三章 橋梁抗震設計方法相關問題</p><p>　　3.1橋梁抗震概念設計</p><p>　　抗震概念設計是指根據(jù)地震災害和工程經(jīng)驗等獲得的基本設計原則和設計思想，正確地解決結構總體方案、

22、材料使用和細部構造，以達到合理抗震設計的目的。合理抗震設計，要求設計出來的結構，在強度、剛度和延性等指標上有最佳的組合，使結構能夠經(jīng)濟地實現(xiàn)抗震設防的目標。應當指出，強調概念設計重要，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，使計算分析結果更能反映地震時結構反應的實際情況。橋梁抗震概念設計階段的主要任務是選擇良好的抗震結構體系，主要根據(jù)橋梁結構抗震設計的一般要求進行。對于采用延性抗震概念設計的橋梁，還包括延性類型選擇和塑性耗

23、能機制選擇。</p><p>　　3.2橋梁延性抗震設計</p><p>　　目前延性抗震驗算所采用的破壞準則主要有：強度破壞準則、變形破壞準則、能量破壞準則、基于低周疲勞特征的破壞準則以及用最大變形和滯回耗能來表達的雙重指標破壞準則等。Housner在對懸臂式單質點系統(tǒng)的非線性地震反應進行分析后，將其破壞機理總結為：在形成完全的塑性反應之前，出現(xiàn)某種程度的塑性應變，由此而消耗的能量自然的

24、構成結構等效粘滯阻尼的一部分；當完全進入塑性變形后，產(chǎn)生塑性漂移，并在單方向發(fā)展直到倒塌發(fā)生。他認為塑性反應階段，保證結構不破壞的條件是讓其保有足夠的耗能能力。</p><p>　　3.3地震響應分析及設計方法的改變隨著人們對地震動和結構動力特性理解的加深，目前已經(jīng)發(fā)展了多種抗震設計理論和地震響應的分析設計方法。從地震動的振幅、頻譜和持時三要素來看，抗震設計的靜力理論只考慮了高頻振動振幅的最大值；反應譜理論雖考慮

25、了振幅和頻譜，但持時則始終未能得到明確的反映；動力理論不但考慮了地震動的持時，而且還考慮了地震動中反應譜不能概括的其他特性。</p><p>　　從組成結構抗震設計理論的四個方面內(nèi)容(輸入地震動、結構和構件的動力模型，一實用的地震反應分析方法，以及設計原則)來看，靜力理論對四個方面都做了極大的簡化，反應譜理論也做了較大的簡化，而動力理論則有比較全面的考慮：動力理論的輸入地震動要求給出符合場地情況的、具有概率含義的

26、加速度時間函數(shù)，對于復雜結構要求給出三個分量及其空間相關性；結構和構件的動力模型更為接近實際，包括了非線性特性；地震反應分析方法考慮了結構反應的全過程，包括變形和能量損耗的積累；設計原則考慮到多種使用狀態(tài)和安全的概率保證。</p><p>　　3.4多階段設計方法</p><p>　　隨著對地震產(chǎn)生機理、地震動特性以及地震作用下各類結構動力特性、破壞機理、構件能力研究認識的加深以及對結構在

27、不同發(fā)生概率地震作用下預期性能目標的不同，促使結構設計在設計原則、設防水準等各個方面進行不斷改進。由原來的單一設防水準一階段設計逐漸改進為雙水準或三水準兩階段設計、三階段設計，以及多水準設防、多性能目標準則的基于結構性能的設計等。但目前關于基于性能設計的含義及設計方法的具體應用還存在許多分歧和難點，要實現(xiàn)基于性能的抗震設計過程，目前仍需要在以下一些方面進行大量的研究：①不同場地、不同超越概率設計地震的確定；②性能目標—性能水平的定量描述

28、，大多數(shù)情況下，性能目標的描述是借助于一些定性的術語給出的，如“倒塌”、“生命安全”、“維持一定的使用功能”、“完全保持正常使用功能”等，但用于工程設計時，工程人員需要的是可用于設計的由工程術語明確表達的性能指標，如強度、變形、延性等，而這兩者之間的對應關系，目前還沒有得到很好的解決，仍需進行大量的研究；③在設計和性能校核過程中，涉及需求計算與能力計算的各個方面，目前仍有許多方面值得研究，如不同設計階段所適宜采用的分析方法和與之相協(xié)調的