橋梁抗震設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　橋梁抗震設(shè)計(jì)</b></p><p>　　摘要：本文對(duì)橋梁的震害進(jìn)行了分析，闡述了橋梁抗震設(shè)計(jì)原理，探討了橋梁抗震設(shè)計(jì)措施。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：橋梁；抗震；設(shè)計(jì)；措施 </p><p>　　中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </p><p>　　橋梁是交通的樞紐，

2、 在國(guó)家建設(shè)中起著舉足輕重的作用， 而且在地震發(fā)生后為了緊急救援和抗震救災(zāi)的需要， 其重要性就更為明顯。這就需要在橋梁設(shè)計(jì)中充分重視橋梁的抗震設(shè)計(jì)， 貫徹執(zhí)行新修訂的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，實(shí)施有效的抗震設(shè)防措施。 </p><p>　　一、橋梁的震害分析 </p><p>　　1、結(jié)構(gòu)在水平地震荷載作用下由于過(guò)大的變形導(dǎo)致混凝土保護(hù)層脫落、鋼筋壓屈和內(nèi)部混凝土壓碎、崩裂，結(jié)構(gòu)失去承載能力。整個(gè)過(guò)程

3、可以用以下四個(gè)階段來(lái)描述：①當(dāng)彎矩達(dá)到開裂強(qiáng)度時(shí)，截面出現(xiàn)水平彎曲裂縫； </p><p>　　②隨著裂縫的發(fā)展和荷載強(qiáng)度的提高，受拉側(cè)的縱筋達(dá)到屈服強(qiáng)度；③隨著變形量的增大，混凝土保護(hù)層脫落、塑性鉸范圍擴(kuò)大；④鋼筋壓屈(或拉斷)和內(nèi)部混凝土壓碎、崩裂。 </p><p>　　2、剪切破壞(彎剪破壞)。在水平地震倚戟作用下，當(dāng)結(jié)構(gòu)受到的剪切力超過(guò)截而剪切強(qiáng)度時(shí)發(fā)生剪切破壞，整個(gè)破壞過(guò)程可以

4、用以下四個(gè)階段來(lái)描述：①截血彎矩達(dá)到開裂強(qiáng)度時(shí)，截面出現(xiàn)水平彎曲裂縫；②隨著裂縫的發(fā)展和荷載強(qiáng)度的提高，柱內(nèi)出現(xiàn)斜方向的剪切裂縫；③局部剪切裂縫增大，箍筋屈服導(dǎo)致剪切裂縫進(jìn)一步增長(zhǎng)；④發(fā)生脆性的剪切破壞。 </p><p>　　3、落梁破壞。當(dāng)梁體的水平位移超過(guò)梁端支撐長(zhǎng)度時(shí)發(fā)生落梁破壞。落梁破壞是由于梁與橋墩(臺(tái))的相對(duì)位移過(guò)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(duì)位移過(guò)大、梁的支撐長(zhǎng)度

5、不夠、支座破壞、梁間地震碰撞等情況。 </p><p><b>　　4、支座損傷 </b></p><p>　　上部結(jié)構(gòu)的地震慣性力通過(guò)支座傳到下部結(jié)構(gòu)，當(dāng)傳遞荷載超過(guò)支座設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)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(duì)于下部結(jié)構(gòu)而言，支座損傷可以避免上部結(jié)構(gòu)的地震荷載傳到橋墩，避免橋梁發(fā)生破壞。 </p><p>　　二、

6、橋梁的抗震設(shè)計(jì)原理 </p><p>　　目前橋梁的抗震設(shè)計(jì)計(jì)算原理是建立在一定假設(shè)條件基礎(chǔ)上的， 盡管分析的手段在不斷提高， 分析的理論在不斷完善， 但由于地震作用的復(fù)雜性， 地基影響的復(fù)雜性和橋梁結(jié)構(gòu)體系本身的復(fù)雜性， 可能會(huì)導(dǎo)致理論計(jì)算分析和實(shí)際情況相差很大?，F(xiàn)常見的橋梁抗震設(shè)計(jì)方法有: 設(shè)計(jì)靜力法、反應(yīng)譜法和動(dòng)態(tài)時(shí)程分析法。下面就分別對(duì)應(yīng)不同的假設(shè)條件和設(shè)計(jì)原理做一探討。 </p><

7、p>　　1、靜力法。它假設(shè)結(jié)構(gòu)物各個(gè)部分與地震動(dòng)具有相同的振動(dòng)。從而作用于結(jié)構(gòu)物各部分的慣性力即可由地面運(yùn)動(dòng)加速度與各部分的質(zhì)量乘積得到， 化橋梁抗震問(wèn)題的動(dòng)力計(jì)算為靜力計(jì)算。靜力法把地震加速度看作是橋梁結(jié)構(gòu)破壞的唯一因素， 忽略了結(jié)構(gòu)本身動(dòng)力特性對(duì)結(jié)構(gòu)反應(yīng)的影響， 應(yīng)用存在較大局限性。事實(shí)上只有絕對(duì)剛性的物體才能認(rèn)為在振動(dòng)過(guò)程中各個(gè)部分與地震動(dòng)具有相同的振動(dòng)，所以只對(duì)剛度很大的結(jié)構(gòu)例如重力橋墩、橋臺(tái)等結(jié)構(gòu)應(yīng)用靜力法近似計(jì)算。 &

8、lt;/p><p>　　2、 反應(yīng)譜法。美國(guó)學(xué)者M(jìn).A.Boit提出反應(yīng)譜概念， 并給出了第一條彈性反應(yīng)譜， 即一個(gè)單自由度體系對(duì)應(yīng)某個(gè)強(qiáng)震記錄的激勵(lì)， 體系的周期與最大反應(yīng)( 加速度、相對(duì)速度、相對(duì)位移) 的關(guān)系曲線。G.M.Housner 提出基于反應(yīng)譜理論抗震計(jì)算的反應(yīng)譜法。目前我國(guó)的公路及鐵路橋梁均主要采用反應(yīng)譜方法。反應(yīng)譜法的思路是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力特性分析( 固有頻率， 主振型) ，對(duì)各主振動(dòng)應(yīng)用譜曲線作

9、某強(qiáng)震記錄的最大地震反應(yīng)計(jì)算， 最后一般通過(guò)統(tǒng)計(jì)理論對(duì)各主振型最大反應(yīng)值進(jìn)行組合， 近似求得結(jié)構(gòu)的整體最大反應(yīng)值。 </p><p>　　3、動(dòng)態(tài)時(shí)程分析法。動(dòng)態(tài)時(shí)程分析法是上世紀(jì)六十年代以后伴隨有限元法、計(jì)算機(jī)技術(shù)兩方 </p><p>　　面的發(fā)展而出現(xiàn)的。該法把大型橋梁結(jié)構(gòu)離散成多節(jié)點(diǎn)、多自由度的結(jié)構(gòu)有限元?jiǎng)恿τ?jì)算模型，將地震強(qiáng)迫振動(dòng)的激振( 地震加速度時(shí)程) 直接輸入， 借助計(jì)算機(jī)

10、逐步積分求解結(jié)構(gòu)反應(yīng)時(shí)程。 </p><p>　　三、 橋梁抗震設(shè)計(jì)措施 </p><p>　　1、地震區(qū)要選擇好橋位和橋型。 </p><p>　　橋位應(yīng)選擇在基本列度較低及河岸穩(wěn)定和地基良好的地段。從選線、定橋位、決定橋孔布置等方面盡可能避免選擇在軟弱黏性土層、可液化土層和地層嚴(yán)重不均勻的地段， 特別是斷層地段。如必須設(shè)置在可液化或松軟土層的河岸地段時(shí)， 橋墩橋

11、臺(tái)應(yīng)采用樁或沉井等深基礎(chǔ)， 橋長(zhǎng)應(yīng)適當(dāng)增長(zhǎng)， 在主河槽和河灘分界的地形突變處不宜設(shè)置橋墩。橋梁中線應(yīng)與河流正交。橋型要選擇抗震性能好、整體性強(qiáng)的結(jié)構(gòu)體系， 如連續(xù)梁， 無(wú)鉸拱等。 </p><p>　　2、 基礎(chǔ)抗震措施 </p><p>　　應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)的整體性和剛度，同時(shí)采取減輕上部荷載等相應(yīng)措施，以防止地震引起動(dòng)態(tài)和永久的不均勻變形。在可能發(fā)生地震液化的地基上建橋時(shí)， 應(yīng)采用深基礎(chǔ)，使

12、樁或沉井穿過(guò)可能液化的土層埋入較穩(wěn)定密實(shí)的土層內(nèi)一定深度。并在樁的上部，離地面1~ 3 m 的范圍內(nèi)加強(qiáng)鋼筋布設(shè)。 </p><p><b>　　3、橋臺(tái)抗震措施 </b></p><p>　　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

13、的結(jié)構(gòu)，以防止墩臺(tái)在地震時(shí)滑移。當(dāng)橋位難以避免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(zhǎng)，使橋臺(tái)位于穩(wěn)定的河岸上。橋臺(tái)高度宜控制在8 m 以內(nèi)；當(dāng)臺(tái)位處的路堤高度大于8 m 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(duì)較好的地段通過(guò)，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)基礎(chǔ)酌留富余量。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(duì)

14、于樁柱式橋臺(tái)， 宜采用埋置式。對(duì)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。 </p><p>　　4、 橋墩抗震措施 </p><p>　　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?？蛇m當(dāng)加大樁、柱直徑或采用雙排的柱式墩和排架樁墩，樁

15、、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(duì)延性影響很大， 間距越小延性越大。橋墩的高度相差過(guò)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(lái)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。 </p><p>　　5、支撐連接構(gòu)件抗震措施 </p><p>　　墩臺(tái)頂帽上均應(yīng)設(shè)置防止落梁措施，加

16、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(duì)抗震有利。在不利墩上還應(yīng)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(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。 </p><p>　　6、 結(jié)點(diǎn)抗震措施 </p><p>　　橋梁結(jié)點(diǎn)區(qū)域一旦受損將難以修復(fù)。城市高

17、架橋墩柱的結(jié)點(diǎn)、橋墩與蓋梁的結(jié)點(diǎn)、橋墩與基礎(chǔ)的結(jié)點(diǎn)等，是保證橋梁整體工作的重要構(gòu)件。在橋梁抗震設(shè)計(jì)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(jié)點(diǎn)有足夠的承載力， 避免結(jié)點(diǎn)過(guò)早破壞， 即“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)， 弱構(gòu)件”。 </p><p>　　我國(guó)是世界地震多發(fā)國(guó)家之一， 具有頻度高、強(qiáng)度大、分布廣的特點(diǎn)。公路橋梁這種典型的線狀工程地震易損性較高。因此， 我們要認(rèn)真的對(duì)震害進(jìn)行分析， 從震害中吸取經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，

18、推動(dòng)橋梁抗震設(shè)計(jì)理論、方法和抗震措施不斷發(fā)展及進(jìn)步， 從而更大限度的減少國(guó)民經(jīng)濟(jì)損失。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]范立礎(chǔ), 李建中. 汶川橋梁震害分析與抗震設(shè)計(jì)對(duì)策[ J] . 公路, 2009, 5. </p><p>　　[2] 劉蕾蕾. 混凝土梁式橋典型震害及抗震措施研究[J]. 西南