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開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇橋梁抗震,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
中圖分類號:K928.78 文獻標識碼:A 文章編號:
引言:我國橋梁行業得到了迅猛發展,越來越多的橋梁從祖國大地拔地而起。回顧近代地震史,有唐山大地震、汶川大地震……,這些地震都給我國經濟、建設等方面帶來了無可估量的損失。因此,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,使結構能夠經濟地實現抗震設防的目標。
一、橋梁的震害類型分析 (1)橋臺震害:其主要表現為橋臺與路基一起滑動并移向河心,樁柱式橋臺的樁柱不同程度沉降、開裂、傾斜和折斷等。 (2)橋墩震害:在地震力作用下橋墩會不同程度的傾斜、沉降、滑移、開裂、剪斷和鋼筋扭曲。 (3)支座震害:根據以往工作經驗.
會發現某些橋梁的支座設計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、在構造上連接與支擋等構造措施不足等,以致支座在地震力作用下會發生較大的變形和位移。 (4)地基與基礎震害:在地震力作用下地基中的砂土會被液化,以致地基失效,基礎沉降或不均勻沉降,從而導致地面較大變形,地層發生水平滑移、下層、斷裂等。地基與基礎震害會使橋梁發生坍塌,給震后修復工作帶來困難。 (5)梁的震害:梁的震害主要是因橋臺震害、橋墩震害、支座震害等引起的,其主要表現為主梁墜落,這也是最嚴重的震害現象。
二、橋梁的抗震設計 1、抗震概念設計。 由于地震的發生存在不確定因素和復雜因素,同時結構計算模型需要假定結果且與實際情況存在較大差異,以致“計算設計”在一定程度上較難控制結構的抗震性能,因此,對于結構抗震設計來說,不能完全依賴計算,“概念設計”其實比“計算設計”更加重要。而良好的“概念設計”將直接影響著結構抗震性能。良好的“概念設計”必須是,在設計橋梁方案階段應根據功能要求、靜力分析和橋梁的抗震性能等取舍抗震結構體系。 在抗震概念設計時,應重視上、下部結構連接部位和過渡孔處連接部位的設計及塑性鉸預期部位和橋墩形式的選取;應對動力特性進行簡單的分析、對地震反應進行評估,接著結合結構設計對結構的抗震薄弱部位、構造設計及是否能通過配筋等進行進一步地分析。以分別保證橋梁結構的經濟性、抗震安全性和在橋址處的場地條件下所選擇的結構體系是良好的結構體系。最后,應根據分析結果對抗震性能的優劣進行綜合性評判,再決定是否對設計方案進行修改。 2、延性抗震設計。 橋梁的抗震設計主要是反復進行①仔細地對預期會出現的塑性鉸部位進行配筋設計;②為保證抗震安全性應分析并驗算整個橋梁結構的抗震能力這兩個階段,直到通過抗震能力驗算。 3、橋梁減、隔震設計。 此設計可以較好地提高橋梁抗震能力,并且具有簡便、先進、經濟等優點。此種設計的裝置主要是通過對結構的能量耗散能力的增大或者增大結構主要振型周期使其落在能量較少的范圍內兩種措施使結構地震反應減少。在進行減、隔震設計時應充分結合結構特點和場地地震波頻率特性,選用適合的設置方案、相應參數、及減隔震裝置,并對結構的受力和變形進行合理地分配。
三、橋梁設計的抗震技術措施 1、防止落梁的措施 《橋梁抗震設計細則》指出上部結構主梁的支承長度a≥70+ 0.5 L(L為梁的計算跨徑,L單位為m,a 單位為cm),該取值沿用自日本抗震設計規范,多數設計者認為規范取值較為保守,比上一代規范《公路工程抗震設計規范 (JTJ004-89))有較大提高 (a≥50+L)。這里需指出該種認識屬于誤區,當“長橋高墩”時應在規范基礎上給予更多的安全富余。例如:都汶高速公路廟子坪岷江大橋第10跨(跨徑50m、墩高70m)。雖然蓋梁寬度高達3.0 m(根據《橋梁抗震細則》要求,含伸縮縫寬度取2.1m即可 ),但該橋還是發生縱向落梁,所以在設計中應注意“長橋高墩”,特別是設置有伸縮縫的相鄰聯橋墩,不僅要將主粱支承長度取值放大一些,還需要設置主粱限位裝置。根據國外規范以及《抗震設計細則》精神,同時應設置縱向防落梁構造,同時應注意限位裝置不得有礙于防落梁構造的發揮。
2、支座形式和布置方式 支座選型長期以來被忽視,常規粱橋多采用普通橡膠支座,汶川地震后的調查表明普通橡膠支座破壞后加劇了橋梁損傷,建議根據橋梁設防要求,選用適用的支座類型。基本地震動峰加速度峰值0.19地區和以上地區應選擇減震型橡膠支座。作為支座的布置是否合理至關重要,汶川百花大橋第5聯(5×20m)采用一個閹定支座,其余墩為活動支座。導致全聯上部結構水平地震力幾乎完全由固定支座下的橋墩承擔,該橋墩迅速破壞后,造成全聯坍塌網。對于連續梁橋在設置固定支座后,應充分考慮同定支座設置對抗震的不利影響,慎用墩梁固結方案,應注重考慮各墩水平受力的平均分擔。
3、柱式橋墩的合理設計 柱式墩是橋梁設計中最為常見的結構形式,日本阪神地震中顯示出大量圓形獨柱墩崩潰性破壞,汶川地震相關資料表明矩形墩要優于圓形墩,抗震設計中應首先盡量避免選用抗震性能差的圓形獨柱結構,同時優先選擇矩形截面形式。其次應重視橋墩中間的橫梁設置,橫梁剛度不宜過大,避免導致“強梁弱柱效應” 的出現,造成結構的第一塑性鉸出現在墩柱之上,而不是橫梁上,致使結構失效。橋墩是支撐梁體的主要構件,同時由于橋梁結構“上剛下柔”的特點使得橋墩極易出現破壞.其破壞主要包括墩身剪斷、壓潰和開裂,應根據抗剪計算來配置箍筋,選擇合理的箍筋間距,注意箍筋的搭接構造細節。設防裂度7度及以上應通過計算確定墩柱尺寸,保證塑性鉸區位于墩柱范圍內,甥性鉸慶鋼筋應根據《橋梁抗震細則》進行加密,加密箍筋可采用12mm一16ram帶肋鋼筋,但錨固于蓋梁、承臺部分的加密鋼筋采用螺旋箍筋欠妥,施工單位反映由于蓋梁中鋼筋原有鋼筋很多,螺旋筋布置十分困難。建議采用環形箍筋為宜。
結束語:
隨著對地震機理認識的逐步加深,提高和完善橋梁結構物的各項功能,以及橋梁抗震構造措施進一步的改進和完善,可以很好地達到橋梁結構的防震和抗震效果。為提高我國橋梁的抗震性能和抵御地震災害的能力提供可靠的技術保證。
參考文獻:
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關鍵詞 橋梁抗震 設計 分析方法 規范
中圖分類號:U441 文獻標識碼:A
0引言
地震是一種發生時間短、波及面廣、災害程度極為嚴重的自然災害。我國位于地震易發地帶。其中,地震烈度6度及以上的區域面積占我國全部國土面積60%以上,半數左右的城市位于地震烈度7度及以上地區。地震的發生會給社會、家庭、經濟造成難以估量的損失。
近年我國災害性地震頻發,2007年6月云南普洱6.4級地震、2008年5月汶川8.0級地震、2010年4月玉樹7.1級地震、2013年4月蘆山7.0級地震、2014年8月昭通魯甸6.5級地震,地震多次給人民帶來災難的同時也加強了結構設計人員對橋梁抗震設計的重視,推動了橋梁抗震設計方法的發展及相關規范的逐步完善。橋梁結構作為公路路網中的關鍵性結點是地震運動作用下容易發生破壞的結構元件,其損壞程度決定了所屬路網的通行能力。本文針對如何借助合理的設計理念進行橋梁設計,使其具有足夠的抗震能力進行綜述。
1橋梁抗震設計規范現狀
最新的《公路橋梁抗震設計細則》與《城市橋梁抗震設計規范》摒棄了原《公路工程抗震設計規范》“以剛克剛”的彈性抗震設計思想,借鑒和引入了延性抗震理念及減隔振等“以柔克剛”的概念。在具體操作中,根據橋梁的重要性和在抗震救災中起的作用,把橋梁進行分類,并對各類橋梁進行復雜程度不同的抗震設計。但現行的橋梁抗震設計規范在抗震設防標準、隔震周期及墩柱抗剪強度等方面闡述較為籠統,使工程師在采用規范進行設計時常常會產生一些困惑,如非規則橋梁自振頻率計算的方式、地震環境中多維作用下的構件受力特性的仿真模擬等。
2 規則橋梁抗震設計方法
簡支梁與連續梁橋在公路橋梁中應用最為廣泛,多為鋼筋砼或預應力砼結構。歷史上嚴重橋梁震害調查顯示:結構震害多發生于下部結構處,而橋梁上部結構自身很少發生嚴重的破壞現象。通常,將梁體處理成2節點空間梁單元或板單元,真實模擬橋梁的實際邊界條件及下部結構受力環境即可達到滿足工程精度的要求。下面以2*25m連續箱梁橋為例對一般橋梁抗震設計方法進行闡述與分析。
2.1 一次成橋模型的建立
本橋為2*25m連續箱梁橋,箱梁寬5m、高1.35m、支座與墊石總高0.21m,立柱中心間距3.2m,墩柱高度3.8m、直徑為1.0m,樁基采用2根1.2m鉆孔灌注樁(摩擦樁),樁長20.8m,場地土系數m值為30000KN/m4。主梁、立柱、基礎分別采用C50、C40、C30混凝土。建立橋梁模型如圖1所示。
圖1:一次成橋模型
在E1、E2地震作用下,計算模型要反映實際橋梁結構的動力特性(要能反映橋梁上部結構、下部結構、支座、地基剛度、質量分布以及阻尼特性)。從而保證在E1、E2地震作用下引起的慣性力和主振型能得到反映。
2.2 邊界條件的模擬
模型的邊界條件按照真實的情形進行模擬:支座按照實際計算剛度進行輸入,使其能反映支座的力學特性;樁基礎的模擬考慮樁土的共同作用,采用等代土彈簧進行模擬,等代土彈簧的剛度采用表征土介質彈性值的M值參數進行計算。圖2為模型邊界條件模擬示意。
圖2:模型邊界條件模擬示意圖
2.3 橋梁抗震分析
08《細則》與《城規》中對規則橋梁的抗震設計均采用延性理念和減隔震兩種策略,對地震分析與抗震驗算方法的使用也基本相同。進行橋梁抗震分析驗算是采用反應譜法,部分情況采用時程反應分析法。本模型采用反應譜法進行分析。
首先采用多重Ritz向量法進行特征值分析,得到結構的固有周期、振型形狀等結構動力特性。其次進行反應譜函數的定義,根據橋梁類型、場地類型、抗震設防烈度等因素確定反應譜函數,并選擇相應的抗震規范(本橋為規則橋梁,小震作用下采用E1反應譜的彈性設計、大震作用下采用E2反應譜的彈性或彈塑性設計),圖3為模型對應的反應譜法函數。然后在結構的各個振動方向上定義反映譜荷載工況。最后運行分析,查看各模態作用下的分析結果。
圖3:反映譜函數圖
2.4 橋梁抗震驗算
進行橋梁結構抗震驗算時,有幾點需要特別注意:
(1)定義鋼筋混凝土構件材料特性中“彎矩――曲率曲線”的定義,其目的是為了描述截面的彈塑性以及在定義材料彈塑性時對E、I值進行修正,圖4為定義“彎矩――曲率曲線”示意圖。
圖4:“彎矩――曲率曲線”示意圖
(2)確定塑性鉸的位置,定義自由長度與長度系數。
(3)在進行E2地震驗算時,由于材料剛度發生變化,應在驗算前手動修改結構剛度,驗算結果真實可靠。其中剛度調整系數的計算公式為:
系數y=
系數z=
雙柱墩驗算時需通過pushover計算填入橫向允許位移值。
最后運行驗算分析,查看構件設計強度驗算結果(E1、E2彈性驗算),位移變形驗算(E2彈塑性驗算),再根據驗算結果進行結構調整至全部通過驗算并具有一定的安全系數。
3非規則橋梁抗震設計方法
以高墩大跨度剛構橋為主要研究對象進行討論性分析,此類橋梁的抗震能力分析將直接影線墩身承載能力的大小因此是設計中的要點之一。
3.1 考慮地震動空間變化效應的橋梁地震反應分析
通常進行的地震反應分析,常采用假定地震發生時基礎各點以相同的振幅和相位振動的一致激勵法,忽略了地震動的空間變化特性,對于大跨度橋梁等線型結構而言,則應考慮地震地面運動的空間變化性對橋梁結構的地震反應的影響。
地震動無論是在強度、持時或是頻譜特性等方面均具有顯著的空間差異性,即地震動場地效應,而引起地震動空間變化的因素十分復雜,主要包括地震的行波效應、衰減效應、部分相干效應和局部場地效應四部分。
地震動空間變化差動場在橋梁各橋墩基礎底部輸入不同的自功率譜來考慮局部場地的變化,其相關性用相干函數模型來考慮。對多點激勵橋梁地震反應分析方法分兩大類:一類是確定性分析方法,包括反應譜法和時程分析法;另一類概率性分析方法,主要是隨機振動法。由于大跨度橋梁在長周期反應譜和強空間耦合效應研究上還不完善,且地震地面運動的變化特征難以準確模擬等因素,反應譜法有時誤差很大。于是基于隨機理論的改進反應譜方法得到發展,如林家浩等等的虛擬激勵法。
有關地震動場的空間變異性及模擬模型的研究已有大量的研究工作,多是基于實測記錄統計分析獲得的成果。對山區高橋梁抗震分析中,主要考慮地震動的地形效應,其影響因素主要包括地形的坡度、結構物所處的場地、地震波的傳播方向以及地震波的入射角度等。對于河谷地形效應影響的考慮,目前主要是基于數值分析的經驗函數法和整體數值分析方法兩種。
3.2 非規則橋梁結構抗震設計理論和方法
基于性能的抗震設計是針對不同的結構特點及性能要求,綜合考慮和應用設計參數、結構體系、構造措施以及減震裝置等來保障橋梁結構在各級地震水平作用下的抗震性能,是橋梁抗震設計思想的一個重要轉變。我國08《細則》與《城規》也引進了基于性能的抗震設計思想,采用E1和E2兩水平抗震設防,即重要橋梁在E1震作用下只允許發生極小的損傷,而在E2地震作用下允許發生可修復的破壞。
基于位移的抗震設計是實現基于性能抗震設計思想的一條有效途徑。它直接以位移為設計參數,針對不同地震設防水準,制定相應的目標位移,并且通過設計,使得結構在給定水準地震作用下達到預先指定的目標位移,從而實現對結構地震行為的控制。基于位移的抗震設計理論主要包括基于位移的抗震設計方法、位移需求簡化計算和目標位移的確定三方面內容。北京工業大學針對山區高墩橋梁強震作用下震害特征和失效模式,開展多維多點地震作用下山區高墩橋梁地震模擬振動臺臺陣試驗研究,提出了非彈性位移反應譜和碰撞譜為基礎的基于位移抗震設計方法,發展基于直接位移的山區高墩橋梁抗震設計方法。
4結論
本文針對規則橋梁與非規則橋梁的抗震(下轉第191頁)(上接第179頁)設計方法進行了綜述,簡要的闡述了規則橋梁常規抗震設計分析的要點及過程,和非規則橋梁抗震設計的方法、要點及發展方向。現行規范及常用方法多針對規則橋型,多采用靜力模擬的形式(反映譜法)進行分析,但這種方法具有一定的局限性,適用的范圍有限。對于非規則橋梁和多維地震作用下橋梁的地震反映分析還需進行大量的實驗與數據收集,使方針模擬更接近實際,結構更為可靠,抗震加固方案更為理想。
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關鍵詞:橋梁,抗震,設計
我國是一個多地震國家,地震災害會使大量地面建筑物和各種設施遭到破壞,造成大量人員傷亡,甚至嚴重地阻斷交通。鐵路橋梁、公路橋梁、城市高架橋等受到損壞,會使后續救助工作變得更加艱難。為了保障人民財產的安全及公路橋梁設施的完好,更好地發揮公路運輸在抗震救災中的作用,在橋梁設計中應充分重視抗震設計。
1.橋梁震害現象分析
二十世紀七十年代以來,國內外了發生過一系列較大的地震,有許多橋梁遭受了不同程度的破壞。通過對這些震例進行調查研究,分析橋梁結構的抗震性能、震害特點及產生原因,可以總結出以下幾點:
1.1地基與基礎破壞。地基破壞主要是指因砂土液化、不均勻沉降及穩定性不夠等因素引起的地層水平滑移,下沉、斷裂,進而導致結構物的破壞,震害較重。基礎的破壞與地基的破壞緊密相關,當結構周圍的地基受到地震作用強度降低時,基礎就會發生沉降或滑移,樁基礎可能發生剪斷、傾斜破壞,進而引起墩臺傾斜、倒塌或折斷。
1.2橋臺沉陷。當地震作用下,由于橋臺后填土與橋臺并非完全固結,橋臺填土的縱向土壓力增大,橋梁與橋臺之間的沖撞會產生相當大的被動土壓力,使橋臺有向橋跨方向移動的趨勢。由于橋面的支撐作用,橋臺將以橋臺頂端為支點產生豎向旋轉,從而導致基礎破壞。。若橋臺基礎建造在液化土上,則可能引起橋臺垂直沉陷, 最終導致橋臺因承受過大的扭矩而破壞。
1.3墩柱破壞。墩柱破壞主要包括彎曲強度不足、彎曲延性不足、縱筋搭接區的抗彎能力以及剪切強度不足等。墩柱的破壞往往引起連鎖反應,如落梁、整個結構的倒塌等。
1.4支座破壞。。在地震力的作用下,如果上、下部結構的相對位移過大可能造成支座錨固螺栓拔出、剪斷,活動支座脫落及支座本身構造上的破壞等,導致結構力傳遞形式的變化,進而對結構的其他部位產生不利的影響。
1.5落梁破壞。支撐連接構件失效后,上、下部結構的相對位移進一步加大,相鄰梁體發生相互沖擊,造成撞擊破壞甚至落梁的發生。
1.6節點破壞,節點區域鋼筋大量相交,連接節點在地震荷載和重力荷載的作用下處于復雜而又變化的應力狀態,常導致節點區域混凝土的壓碎和錨固筋的破壞。
7.蓋梁破壞。蓋梁的破壞形式主要表現為抗剪強度不足或錨固筋不能滿足抗拉要求,引起錨固端破壞。
2.橋梁抗震設計方法
2.1 采用隔震支座。采用減、隔震支座在梁體與墩、臺的連接處增加結構的柔性和阻尼以減小橋梁的地震反應,采用減、隔震支座橋梁結構的梁體通過支座與墩、臺相聯結。在梁體與墩、臺的聯結處安裝減、隔震支座能有效地減小墩、臺所受的水平地震力。
2.2采用隔震支座和阻尼器相結合的系統。可以利用橋墩在地震作用下發生彈塑性變形耗散地震能量以達到減震的目的。
2.3利用橋墩延性減震。。該法在當前橋梁抗震設計中經常用到,橋墩延性減震是將橋墩某些部位設計得具有足夠的延性,以便在強震作用下使這些部位形成穩定的延性塑性鉸產生彈塑性變形來延長結構周期、耗散地震能量。
2.4采用減震的新結構。型鋼混凝土結構是在混凝土上包裹型鋼做成的結構,與鋼筋混凝土構件相比,抗剪承載力強,延性好,滯回曲線較為飽滿,耗能能力強,呈現出良好的抗震性能。能夠隔離、吸收和耗散地震能量,減小橋梁結構的地震反應,使橋梁的變形限制在彈性范圍,避免因塑性變形而造成的累積損傷破壞和永久殘余變形,大大提高了橋梁結構的安全度還可節約材料,降低造價。
3.橋梁抗震設計原則
⑴結合地形、地質條件、工程規模及震害經驗,合理選擇橋型及墩臺、基礎形式。⑵同一座橋中,盡量避免高墩與大跨的結合,宜采用減少上部結構自重并有利于抗震的結構形式。⑶體形簡單、自重輕、剛度和質量分布均勻、重心低、便于施工。。⑷采用有利于提高結構整體性的連接方式,墩臺結構采取提高其延性、震動衰減快的相關措施,必要時設置減隔震支座,塑性鉸等防震裝置。⑸盡可能采用技術先進、經濟合理、便于修復加固的結構體系。⑹進一步開展減震、隔震支座的研究和應用;加強鋼筋混凝土橋墩的延性分析與計算,確定橋墩塑性鉸區域的范圍。⑺對于高墩、大跨的特殊橋梁,應進行專題抗震設計與研究。
4.橋梁抗震設計的幾點建議
⑴盡量采用連續的橋跨代替簡支梁跨,進而減少伸縮縫的數量。降低在此處落梁的可能性同時也提高了橋上行車的舒適性。⑵對采用橡膠支座而無固定支座的橋跨。應加設防移角鋼或設置擋軌,作為支座的抗震設計。⑶橋梁的基礎應盡可能的建在可靠的地基上.否則軟土的液化會加大地震反應。⑷位于常年有水河流上的特大橋、大中橋,當地基為液化土或軟土時,其墩臺基礎應采用樁基礎,且樁尖埋入穩定土層內一定深度。⑸高墩宜采用鋼筋混凝土結構,按照延性要求進行設計。在橋墩塑性鉸區域及緊接承臺下樁基的適當范圍內應加強箍筋配置。⑹在高烈度地震區,盡可能地采用整體性和規則性較好的橋梁結構體系,結構的幾何尺寸、質量和剛度力求均勻、對稱、規則,避免突變的出現;從幾何線性上看,盡量選用直線橋梁。⑺設置多道抗震防線,盡可能用超靜定結構.少采用靜定結構。⑻對于較高的排架橋墩,墩之間應增設橫系梁以減少墩柱的橫向何移和設計彎矩。⑼選擇合理的連接形式對橋梁抗震性能十分重要。對于高墩橋梁,建議采用上部結構與下部結構有選擇性的剛性連接;對于矮墩橋梁,上部結構和下部結構連接建議采用支座連接方式,并合理設置梁墩的搭接長度。
5.結語
橋梁結構抗震設計是橋梁設計中的重要環節,在當前我國的高速公路、鐵路正處在大規模建設之際,橋梁結構的安全問題更不容忽視。在橋梁設計中需采取一系列有效的抗震措施,進一步提高和完善橋梁的安全性、適用性、耐久性和社會效應性。
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關鍵詞:橋梁;抗震設計;設計原理;設計要點
中圖分類號:U441+.4 文獻標識號:A 文章編號:2306-1499(2013)05-(頁碼)-頁數
近年來,我國地震頻頻發生,但隨著我國經濟建設的快速發展,抗震防災越來越重要。公路橋梁是社會重要的交通樞紐,公路橋梁等交通工程在地震中遭到嚴重破壞,嚴重影響到抗震救災的需要。因此,增強橋梁的抗震能力,加強橋梁工程抗震研究的重要性便顯得十分重要。而在橋梁的設計與施工中對橋梁的抗震能力有著特殊的要求,做好抗震強度和穩定的設計工作,是目前做好橋梁工程的重中之重。
1 地震對橋梁的破壞原因分析
當地震發生后,橋梁的破壞形式一般表現為以下幾種:
(1)橋臺。橋臺的破壞主要表現為橋臺與路基一起向河心滑移,導致樁柱式橋臺的樁柱傾斜、折斷和開裂;重力式橋臺胸墻開裂,臺體移動、下沉和轉動;橋頭引道沉降,翼墻損壞、開裂,施工縫錯工、開裂以及因與主梁相撞而損壞。
(2)橋墩。橋墩破壞主要表現為橋墩沉降、傾斜、移位,墩身開裂、剪斷,受壓緣混凝土崩潰,鋼筋屈曲,橋墩與基礎連接處開裂、折斷等。
(3)支座。在地震力的作用下,由于支座設計沒有充分考慮抗震的要求,構造上連接與支擋等構造措施不足,或由于某些支座型式和材料上的缺陷等因素,導致了支座發生過大的位移和變形,從而造成如支座錨固螺栓拔出、剪斷、活動支座脫落及支座本身構造上的破壞等,并由此導致結構力傳遞形式的變化,進而對結構的其他部位產生不利的影響。
(4)主梁。橋梁最嚴重的破壞現象是主梁墜落。落梁主要是由于橋臺、橋墩傾斜、倒塌,支座破壞,梁體碰撞。
(5)地基與基礎。地基與基礎的嚴重破壞是導致橋梁倒塌,并在震后難以修復使用的重要原因。地基破壞主要表現為砂土液化、地基失效、基礎沉降和不均勻沉降破壞及由于上承載力和穩定性不夠,導致地面產生大變形,地層發生水平滑移、下沉、斷裂。
(6)橋梁結構。橋梁結構的破壞表現在如結構構造及連接不當所造成的破壞、橋臺臺后填土位移過大造成的橋臺沉降或斜度過大而造成墩臺承受過大的扭矩引起的破壞現象等。
2 橋梁的抗震設計原理
盡管目前的橋梁抗震設計分析的手段在不斷提高,分析的理論在不斷完善,但由于抗震設計計算原理是建立在一定假設條件基礎上的,地震作用的復雜性,地基影響的復雜性和橋梁結構體系本身的復雜性,可能會導致理論計算分析和實際情況相差很大。常見的橋梁抗震設計方法有:設計靜力法、反應譜法和動態時程分析法。
(1)靜力法
靜力法把地震加速度看作是橋梁結構破壞的唯一因素,忽略了結構本身動力特性對結構反應的影響,應用存在較大局限性。事實上只有絕對鋼性的物體才能認為在振動過程中各個部分與地震動具有相同的振動,所以只對剛度很大的結構例如重力橋墩、橋臺等結構應用靜力法近似計算。
(2)反應譜法
目前我國的公路及鐵路橋梁均主要采用反應譜方法。反應譜法的思路是對橋梁結構進行動力特性分析(固有頻率,主振型),對各主振動應用譜曲線作某強震記錄的最大地震反應計算,最后一般通過統計理論對各主振型最大反應值進行組合,近似求得結構的整體最大反應值。
(3)動態時程分析法
動態時程分析法是上世紀六十年代以后伴隨有限元法、計算機技術兩方面的發展而出現的。該法把大型橋梁結構離散成多節點、多自由度的結構有限元動力計算模型,將地震強迫振動的激振(地震加速度時程)直接輸入,借助計算機逐步積分求解結構反應時程。
3 橋梁的抗震設計
3.1對常規的簡支橋梁結構應加強橋面的連續構造,以及需提供足夠的加固寬度以防止主梁發生位移落梁,另外還應適當的加寬墩臺頂蓋梁及支座的寬度,并增設防止位移的隔擋裝置。對采用橡膠支座而無固定支座的橋跨,應加設防移角鋼或設擋軌,作為支座的抗震設計。
3.2在地震區的橋梁結構以采用跨度相等、每聯連續跨內下部墩身剛度相等為宜。跨度不均,墩身剛度不等極易發生震害。對各墩高度相差較大的情況可采用調整墩頂支座尺寸和樁頂設允許墩身位移的套筒來調整各墩的剛度,以便使之剛度盡量保持一致。地震區橋跨不宜太長,大跨度意味著墩柱承受的軸向力過大,從而降低墩柱的延性力。
3.3對高烈度區的橋梁設計應在縱向設置一定的消能裝置,如采用減、隔震支座,以及在梁體和墩臺的連接處增加結構的柔性和阻尼以便共同受力和減小水平橋梁荷載。
3.4由于拱橋對支座水平位移十分敏感,而兩邊橋臺的非同步激振會引起較大的偽靜力反應,有時甚至會大于慣性力所引起的動力反應,因此要求震區的拱橋墩臺基礎務必設置于整體巖盤或同一類型的場址以保證震時各支座的同步激振。
3.5橋梁的基礎應盡可能的建在可靠的地基上,應加強基礎的整體性和剛度,同時采取減輕上部荷載等相應措施,以防止地震引起動態和永久的不均勻變形。在可能發生地震液化的地基上建橋時,應采用深基礎,使樁或沉井穿過可能液化的土層埋人較穩定密實的土層內一定深度。并在樁的上部,離地面1~3m的范圍內加強鋼筋布設。
3.6墩柱設計中應盡可能的使用螺旋形箍筋,以便為墩柱提供足夠的約束。另外墩身及基礎的縱向鋼盤伸入蓋梁和承臺應有一定的錨固長度以增強連接點的延性,并且,橋墩基腳處應有足夠的抵抗墩柱彎矩與剪切力的能力,不允許有塑性鉸接。
3.7采用將橋墩某些部位設計成具有足夠的延性,以使在強震作用下使該部位形成穩定的延性塑性鉸,并產生彈塑性變形來延長結構的振動周期,耗散地震力。
3.8采用上部結構和橋墩完全連接的剛構體系,并且樁尖穿過可液化層達到堅硬土層上,由于結構的超靜定次數增大和堅實的樁尖承載能力的保證,減少了由于土壤變形而失效的可能性。
4 橋梁抗震設計要點
4.1橋梁抗震設計在多級設防標準的要求下,對結構強度、延性變形、結構控制、結構整體穩定也要求在多級設防的原則下進行抗震設計。
4.2對橋梁抗震性加以分析研究,某類結構不能在地震區內修建。在分析研究原有結構抗震性能的基礎上,應提出更能適應地震作用的結構型。其次,對結構抗震設計不是被動地作為地震作用時結構強度、變位的驗算,而是要從設計角度,提高結構的防震能力,要系統考慮結構的行為能力設計。
4.3針對目前大量高架橋倒塌毀壞的教訓,必須開展對抗震支座、各種型式橋墩的延性研究,要利用約束混凝土的概念提高它的延性。不但對鋼筋混凝土、預應力混凝土,而且對高強混凝土結構、混合結構的延性都需展開研究。
4.4研究結構控制的有效型式,加強抗震措施。必須采用“以柔克剛”的設想來考慮地震區結構抗震設防的出發點。對地裂、地面鍺動、邊坡倒塌、沙土液化時橋梁結構如何抗震設防也應該作深入的研究。
結語
雖然目前還沒有科學技術來提前預測地震的發生還,但是在地震發生前,我們是可以提前防范,以減少損失的。只要我們通過研究認識地震對結構的破壞規律,對橋梁的設計,根據具體的地質環境條件,同時綜合考慮經濟因素與安全因素,選擇最合理的抗震措施,就能盡量降低地震災害的影響。
參考文獻
[1]袁騰文.淺談公路橋梁的防震設計[J].工程技術, 2009,(3).
摘 要 橋梁抗震分析方法的發展大致經歷了靜力法、以動力法為基礎的反應譜法和動態時程分析法這三個階段。
關鍵詞 橋梁抗震 靜力法 反應譜法 動態時程分析法
一、 引言
我國是自然災害多發的國家,從2008年初南方雪災到5月12日震驚世界的汶川特大地震,災害對人民的生命以及財產安全造成了嚴重的影響,同時導致交通、電力、通信、供水、供氣等基礎設施大面積癱瘓。公路、鐵路工程也會遭到不同程度的破壞。在抗震救災中,公路、鐵路交通運輸是搶救人民生命財產和盡快恢復生產、重建家園的重要環節。而橋梁又是其關鍵部位和控制性工程。因而橋梁抗震是當前重點研究課題和亟待解決的難點問題。本文主要對橋梁抗震分析方法作簡要綜述。
回顧歷史,橋梁抗震分析方法的發展大致經歷了靜力法、以動力法為基礎的反應譜法和動態時程分析法這三個階段。
二、靜力法
早期結構抗震分析采用的是靜力法。該方法不考慮建筑物的動力特性,假設結構物為絕對剛性,地震時結構物的運動與地面運動完全一致,結構物的最大加速度等于地面運動最大加速度,于是,結構物所受的最大地震荷載F等于水平地震系數 與結構物重量W的乘積,或者等于建筑物質量m與地面最大加速度 的乘積。即:
其中, 為水平地震系數,其值等于地面最大加速度與重力加速度的比值。
在設計中,把地面運動的最大加速度、水平地震系數和地震烈度聯系起來,且通常根據重力加速度g與地面最大水平加速度的統計平均值的比值對水平系數加以劃分,我國鐵路、公路工程抗震規范的規定見表1。目前采用地震動峰值加速度系數取代地震基本烈度,兩者之間的關系見表2。
從震動這一角度分析,把地震加速度看作是結構破壞的唯一因素具有很大的局限性,因為它忽略了結構物的動力特性,這使得靜力法只有在當結構物的基本因有周期比地面卓越周期小很多時才能成立,即結構物在受地震的振動作用時表現為絕對剛體而幾乎不發生任何變形。由于概念簡單,計算公式簡明扼要,擋土結構和橋臺等質量較大的剛性結構物的抗震計算常常采用靜力法。我國的《公路工程抗震設計規范》JTJ004-89中擋土墻和路基的抗震強度和穩定性均采用靜力法計算地震荷載。
三、反應譜法
在逐漸認識結構的動力特性后,美國學者在上世紀40年代提出了計算地震力的反應譜法,也叫動力法。它不僅考慮了地震時地面運動的特性,而且考慮了結構物自身的動力特性,是目前工程設計當中應用最為廣泛的抗震設計方法。它的設防標準采用加速度或烈度來表示。
該方法稱為彈性反應譜法,因為其是以彈性體系作為研究的對象。但在地震作用下,結構物一般都會發生彈塑性變形,此時,結構物的延性將起到消耗能量的作用,這就是延性設計。
四、動態時程分析法
時程分析法是上世紀60年展起來的抗震分析方法,用以進行超高層建筑的抗震分析和工程抗震研究等。至于80年代,已成為多數國家抗震設計規范或規程的分析方法之一。
“時程分析法”是由結構基本方程輸入地震加速度記錄進行積分,求得整個時間歷程內結構地震作用效應的一種機構動力(輔助)計算方法,也就是說滿足規范要求的時候可以不用它計算。規范規定:對于特別不規則的建筑、甲類建筑及超過一定高度的高層建筑,宜采用時程分析法進行補充計算。
五、結語
大地震對橋梁的損害是直接的,同時由于道路的不暢通也進一步造成了更多的人員傷亡及更大的經濟損失,然而,地震的發生是不可避免的。以上只是對幾種抗震分析方法進行了簡單介紹,所以,為了能更好地了解并掌握橋梁抗震,更先進、科學的抗震分析方法是必須的,這就要求我們在今后的學習和工作中認真努力、刻苦鉆研。
參考文獻:
[1]范立礎,卓衛東.橋梁抗震延性設計.北京:人民交通出版社.2001.5.
【關鍵詞】橋梁;抗震設計;原則;類型
(一)地震對橋梁的破壞
橋梁是交通生命線工程中的重要組成部分,一旦橋梁在地震的時候發生坍塌,就會中斷交通,影響人員疏離和物資運輸,將非常不利于地震的救援工作。地震對橋梁的破壞主要有以下幾種常見的形式:
1.支座損傷
地震會造成支座的荷載強度過大,超過其承載,從而出現損傷、破壞。由于支座的損傷地震的慣性力便不會傳到下部結構,就可以避免地震荷載傳到橋墩從而破壞橋梁,同時支座損傷也會造成橋梁落梁受到破壞。
2.剪切破壞
當地震發生時,橋梁在地震水平倚戟的作用下,橋梁受到的剪切力超過了自身的剪切強度便會發生剪切破壞。剪切破壞主要有以下四個階段:第一,當橋梁截面的剪切彎矩超過自身的強度時,截面便會出現裂縫;第二,由于地震時荷載強度越來越高,橋梁柱內會逐漸出現斜方向的剪切裂縫;第三,隨著地震的繼續發生,箍筋會慢慢開始屈服便會導致剪切裂縫越來越大;最后橋梁便會因地震而發生脆性的剪切破壞。
3.彎曲破壞
在地震的荷載的作用下,橋梁結構發生變形,變形過大導致橋梁混凝土脫落、內部混凝土崩裂以及鋼筋屈服的現象的發生,從而導致橋梁結構喪失承載能力。彎曲破壞主要有四個階段:地震造成的水平彎矩超過橋梁自身的開裂強度,便會產生裂縫;然后隨著地震荷載強度的增加,裂縫慢慢增大;隨后橋梁的變形變得越來越厲害,從而導致橋梁塑性鉸范圍增大以及混凝土保護層的脫落;最后橋梁出現彎曲破壞。
(二)橋梁抗震設計的原則
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,使結構能夠經濟的實現抗震設防的目標。抗震設計應遵循以下原則:
1.橋梁抗震結構設計體系的爭整體性和規范性
橋梁的上部結構需是連續的,整體性能好,可以有效防止地震地震來臨時抗震的結構構件的掉落,同時結構體系的整體性對于抗震結構發揮空間作用也是十分關鍵的。另外抗震的結構設計體系還應規范,幾何尺寸、剛度以及質量無論是在平面還是在立面空間內,布置都應該對稱、均勻并且規范。
2.選擇合適的施工場地
首先場地的選擇要保證廠址是比較安全的,處安全性之外還有一個原則是:盡量選擇具有堅硬土的場地而不是軟粘土場地,因為當地震到來時,軟粘土場地更容易發生地基失效。
3.提高抗震結構和構件的性能
地震之所以會對橋梁造成破壞是因為:地震引起橋梁結構振動,因此,進行結構設計時,盡可能少的使地震產生振動能量傳到橋梁結構內部去,同時抗震結構及構建又具有較好的強度、剛度以及延性,便可以有效的防止結構受到的破壞。橋梁抗震結構的剛性可以有效的控制結構的變形,而延性以及強度則決定了抗震結構的抗震能力。由于地震的反復振動會導致結構和構建的變形,從而減弱結構的強度以及剛度,因此在進行抗震結構設計時還應該重視結構及構件的延性設計。
4.抗震設計的能力設計原則
強度安全度的差異性是能力設計的核心思想。能力設計思想強調強度安全度差異,即在不同構件(延性構件和能力保護構件-不適宜發生非彈性變形的構件統稱為能力保護構件)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,強節點弱構件”的設計思想。
(三)橋梁抗震設計具體分析
1.抗震概念設計
對結構抗震設計來說,“概念設計”比“計算設計”更為重要。地震具有不確定性和復雜性等特點,并且結構計算模型的假定與實際情況不同,使“計算設計”很難控制結構的抗震性能,所以不能完全依賴于計算。結構抗震性能的決定因素是良好的“概念設計”。因此,在橋梁的方案設計階段,不能僅僅根據功能要求和靜力分析就決定方案的取舍,還應考慮橋梁的抗震性能,盡可能選擇良好的抗震結構體系。在抗震概念設計時,為了保證橋梁結構的經濟性和抗震安全性,要特別重視上、下部結構連接部位的設計,橋墩形式的選取,過渡孔處連接部位的設計以及塑性鉸預期部位的選擇。通常允許橋梁結構在強震下進入塑性工作狀態, 在預期的部位形成塑性鉸以耗散能量,但不允許出現脆性破壞,如剪切破壞。為了保證所選擇的結構體系在橋址處的場地條件下確實是良好的抗震體系, 必須進行簡單的分析,然后結合結構設計分析結構的抗震薄弱部位, 并進一步分析是否能通過配筋或構造設計保證這些部位的抗震安全性。最后,根據分析結果綜合評判結構體系抗震性能的優劣,決定是否要修改設計方案。
2.橋梁延性抗震設計
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,出現某種程度的塑性應變,由此而消耗的能量自然的構成結構等效粘滯阻尼的一部分;當完全進入塑性變形后,產生塑性漂移,并在單方向發展直到倒塌發生。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。
3.橋梁減、隔震設計
減、隔震技術是簡便、經濟、先進的工程抗震手段。減、隔震裝置是通過增大結構主要振型的周期使其落在地震能量較少的范圍內或增大結構的能量耗散能力來達到減小結構地震反應的目的。在進行抗震設計時,要根據結構特點和場地地震波的頻率特性,通過選用合適的減隔震裝置、相應參數以及設置方案,合理分配結構的受力和變形。一方面,應將重點放在提高吸收能量能力從而增大阻尼和分散地震力上,不可過分追求加長周期。另一方面,應選用作用機構簡單的減、隔震體系,并在其力學性能明確的范圍內使用。減、隔震設計的效果,需要進行非線性地震反應分析來驗證。
4.多階段抗震設計方法
隨著近些年科學水平的不斷提高,抗震設計研究人員對在地震作用下,抗震結構的破壞機理以及構建能力的研究等方面的理解及認識也越來越深,同時在不同概率的地震作用下,結構的預期性能目標也是不同的,因此抗震結構設計的設防水準及設計原則都有了顯著的提高。設計方法也從單一設防水準一階段逐漸改善為多水準多階段的設計方法。
(四)結束語
綜上所述,現階段,我國經濟發展迅速,交通運輸業也隨之不斷發展,促進公路橋梁工程的快速發展。近年來地震災害頻發對橋梁造成破壞,因此相關設計人員要采取措施提高橋梁的抗震能力,從而確保人們的生命財產安全,促進我國橋梁事業的蓬勃發展。
參考文獻:
[1]王硯田:《橋梁震害分析與抗震設計》[J],《交通標準化》,2006年。
[2]楊洪偉:《淺談橋梁抗震概念設計[J],《山西建筑》,2007年。
關鍵詞:公路橋梁;抗震設計;設防目標;設防措施
1、前言
在抗震搶險救災中,公路交通運輸是搶救人民生命財產、盡快恢復生產和重建家園的重要環節。遍布的道路交通猶如全身的血管,由此可知道路交通的重要性,而公路橋梁作為道路交通的一部分,其重要性也可想而知。而橋梁工程,作為重要的生命線工程,是交通運輸的咽喉,在國家建設中起著舉足輕重的作用,而在地震發生后為了緊急救援和抗震救災的需要,其重要性就更為明顯。
2、橋梁結構震害及其原因分析
要想建立正確的抗震設計方法、采取有效抗震措施,對公路橋梁震害及其產生的原因的調查和分析是必不可少的。從世界各國的地震震例統計資料看,公路橋梁的震害現象主要有以下幾種:一、對梁式橋梁地震位移造成上部活動節點處因蓋粱寬度設置不足導致落梁或梁體相互磁撞引起的破壞,而對拱式結構則主要表現在拱上建筑和腹拱的破壞,拱嘲在拱頂、拱腳產生的破損裂縫,甚至整個隆起變形。二、由于地震造成的地基土液化,加大了地面位移從而加劇了結構反應,大大增大了落梁的可能性。三、對支座的抗震要求考慮不足造成支座發生過大的位移和變形從而造成支座本身構造上的破壞等,進而對結構的其他部位產生不利的影響。四、橋梁下部結構抗力不足導致的地震時下部開裂、變形和失效,進而對全橋的不利影響。五、地震時使得在松軟地基上的橋梁在發生河岸滑移導致全橋長度的縮短而造成的比較嚴重的震害。
3、公路橋梁抗震設防目標
公路工程對政治、經濟、國防和抗震救災具有特別重要的意義,地震時一旦發生破壞,將造成交通中斷,后果非常嚴重。進行公路工程抗震設計時,應根據不同等級公路的重要性程度,考慮重要性系數來計算水平地震作用。與建筑結構抗震設計采用的“三水準兩階段”的抗震設計方法有所不同,目前我國橋梁抗震仍采用一次設計法,僅進行基本烈度下的抗震驗算,只進行設計地震力作用下的強度驗算,沒有考慮橋梁結構的“變形能力”和“耗能能力”。這就導致鋼筋混凝土墩桂在強烈地震作用下,往往因設計彎曲延性不足或塑性鉸區設計抗剪強度不足而發生彎剪破壞或剪切破壞。因此,單一的強度設防原則是目前我國公路橋粱抗震設計中存在的主要問題。國際上公認的多級抗震設防原則是“小震不壞,中震可修,大震不倒”,建議公路橋梁的抗震設計宜采用三階段三水準設防。第一階段設計:對于小震,采用眾值裂度的地震動參數,計算出結構在彈性狀態下的地震作用效應,使結構在小震作用下不發生彈性破壞,并進行結構強度和穩定性驗算,滿足第一設防裂度對結構強度、變形和穩定性的要求,實現小震不壞。第二階段設計:對于中震,采用第二水準裂度的地震動參數,考慮剛度退化,計算截面開裂、屈服及破壞時的荷載位移關系,并同地震荷載效應比較,要求有一定的安全度,從而滿足第二級設防要求,實現中震可修。第三階段設計:對于大震,采用第三水準裂度的地震動參數計算地震荷載效應,并同截面的破壞荷載比較,要求有一定的安全度,并考慮結構的倒塌機制,保證整體穩定可靠度,實現大震不倒。上述三階段設計原則實際上規定了結構在三級地震水平下相應的反應,即在多遇地震作用下,結構總體處于彈性反應范圍,結構構件沒有損壞,在設防烈度的地震作用下,結構可能出現一定的塑性變形,但最大變形值應限定在遠低于結構的容許變形以內,在罕遇地震作用下,結構將經歷較大的彈塑性變形循環,最大變形可能達到結構的容許變形值,但始終不超過容許變形值。最終實現了“小震不壞,中震可修,大震不倒”的抗震設防原則。
4、公路橋梁抗震設防措施
由于地震反應的不確定性和橋梁結構的復雜性,橋梁結構抗震設計中尚存在許多不定的因素。現行的地震作用計算和結構抗震計算的方法大都是具有一定概率水準的近似方法,除了進行合理的抗震計算外。還應采取有效的構造措施來提高結構抗震性能。《公路抗震規范》區分不同基本烈度,分別給出了橋梁結構抗震構造措施。通過限制構件之間的位移,增強柱墩的強度、剛度和延性,加強結構整體性和穩定性等方面來提高橋梁結構的抗震性能。近幾十年來,盡管世界各國都在改進橋梁設計方法方面做出了巨大的努力,但是在近年來發生的幾次大地震中,橋梁結構仍然不同程度的遭到了的損害,這說明還有待進一步地完善橋梁的抗震設計理論。大量的震害資料表明,合理的結構形式和成功的抗震設計,即合理的概念設計可以大大地減輕甚至避免震害的發生。一個是概念設計、一個是構造細節設計。需要注意的是,這兩個東西其實和具體的抗震計算關系不大,計算只是輔助手段,只是驗證概念和細節的合理性。所以設計師需要的是對橋梁抗震設計基本概念和原理的深刻理解。從結構上來說,要清楚哪些結構有利于抗震,哪些結構抗震不利,其中包括橋型、上部結構、下部結構、墩臺、基礎的處理等等。構造細節措施則包括一些基本的抗震措施,比如支座的選擇、擋塊的設置等等,還包括構件細節的構造措施、比如墩的箍筋配置、節點配筋構造。國內外橋梁抗震研究人員一直都在研究橋梁的合理構造措施,合理的構造措施可以提高整體的延性及滯回耗能能力。在確定路線的總走向和主要控制點時,應盡量避開基本烈度較高的地區和震害危險性較大的地段;在路線設計中,要合理利用地形,正確掌握標準,盡量采用淺挖低填的設計方案以減少對自然平衡條件的破壞。對于地震區的橋型選擇,宜按下列幾個原則進行:盡量減輕結構的自重和降低其重心,以減小結構物的地震作用和內力,提高穩定性,力求使結構物的質量中心與剛度中心重合,以減小在地震中因扭轉引起的附加地震力,應協調結構物的長度和高度,以減少各部分不同性質的振動所造成的危害作用,適當降低結構剛度,使用延性材料提高其變形能力,從而減少地震作用,加強地基的調整和處理,以減小地基變形和防止地基失效。
5、結語
雖然目前地震還不可有效的預測,但是只要我們通過研究認識到地震對結構的破壞規律,我們就能通過一定的抗震設防原則制定相關的抗震設防措施并控制好施工質量,這樣就能盡量減低震害的影響。
參考文獻:
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關鍵詞:橋梁;抗震設計規范;現狀;趨勢
中圖分類號:U442 文獻標識碼:A
伴隨著地震的到來,打破了人們寧靜的生活,也使得很多橋梁沒有經受住地震的考驗,橋梁倒塌、路面開裂,導致災害程度逐漸上升,增加了地震災區的經濟損失。因此,就需要不斷規范橋梁的抗震設計,雖然在設計橋梁抗震方面已經取得一定成果,但是和發達國家相比,還是具有很大差異,所以,就需要我們不斷完善和改正橋梁抗震設計規范,降低建設橋梁留下的安全隱患。
1.公路橋梁抗震設計規范
在2008年國家頒布了新的公路橋梁設計規范。該設計規范是在我國以往積累的抗震設計經驗和教訓的基礎上,并結合和借鑒了國外先進的抗震設計理念,所以該規范的合理性和科學性比以往有了很大的提高。但是,由于我國整個地域跨度大,有很多區域都屬于地震高發地帶,并且地質環境也比較復雜,新的公路橋梁設計規范雖然借鑒了先進的抗震設計理念,但是其沒有考慮到國內的實際情況,導致新規范中問題眾多。國內的橋梁等級是以橋梁的單跨徑長度為級別劃分的依據,150m以上屬于最高級別設防,剩余的則以公路等級為依據來劃分橋梁的等級,僑聯的級別不同,抗震設計目標也不相同。現階段,國內外基本都采用兩水準設防和兩階段的抗震原則來完成橋梁的抗震設計。
2.橋梁抗震設計規范的現狀
當下環境條件日益惡化,地震的出現率和危害程度也隨之提高。在每次地震過后,相關研究人員都會對其進行研究,找出其中的問題,以不斷增強建筑設施的抗震能力。在大多數的橋梁抗震設計中,都是以原有的設計為基礎,來進行更深層次的優化和完善,改變以往的單方面強度控制模式,逐漸采用位移、強度的雙標準控制以及更多指標的控制方式,以提高橋梁的抗震能力。在當基于位移設計、基于強度設計、基于能量設計以及基于性能設計等是最常用的幾種橋梁抗震設計。
在以往橋梁抗震設計最主要就是基于強度的設計,這種設計方式是國內都非常認可的一種設計方案,在實際操作中利用計算來完成地震效應的測量,進而來確定橋梁基礎強度結構。通過對這幾年中發生的大型地震分析可以發現,如果建筑構建可以一直維持較高的強度,在地震發生時,其基本不會出現較大的變化。隨著抗震設計的發展,延性抗震設計逐漸被人們認可和應用。通常情況下,地震強度很大,非常容易引起橋梁結構的彈塑形變情況,如果時間一久,就會造成結構滯回延性嚴重超標,進而導致橋梁結構出現破損情況。所以,延性設計是抗震設計中非常關鍵的一項內容。在延性抗震設計出現后,抗震設計的發展和創新就步入了停止階段,就沒有新的發展,直到基于位移設計方式的出現,抗震設計得到了進一步的發展。在當下,抗震設計不僅需要確保橋梁的安全性和穩固性,還需要盡可能降低設計的成本,提高橋梁工程的經濟效益。
3.橋梁震害的影響因素
3.1 橋梁結構設置不科學,支座、擋塊等連接和構造措施沒有按照相應的要求和標準來進行選擇,進而導致橋梁因為落梁出現損壞。該情況一般出現在簡支梁橋、連續高架橋中。由于上述橋梁結構的連接部位及擋塊、牛腿等位置的結構過于簡單,在大型地震出現時,其受力情況就會出現變化,進而導致橋梁的塌落。所以,在設計橋梁結構時,需要為其選擇最適合的橋梁抗震結構體系。
3.2 由于橋墩的抗震能力較差而引起的橋梁破壞,其主要體現在強度不足和延性不足兩方面。橋墩出現破壞的原因有3點:承載能力不足、塑性鉸的設置不夠科學和非塑性區的能力設計不達標。剪切破壞和彎曲破壞是橋墩破壞的常見形式。彎曲破壞一般出現在高柔性的橋墩中,而剪切破壞則多出現在矮墩。
3.3 由于各支點運動不一致而造成的橋梁損傷:當地震出現時,因為場地不同,橋梁中各個支點的地震波輸入頻率也有所差異,再或者地震輸入支點時的相位差不一致,進而導致橋梁中多點激勵和行波效應的出現。特別是對于地籍地質比較軟而且不連續的橋梁。因為砂土液化,地基承載能力降低,導致地基出現沉降、滑移等情況,進而造成橋梁中其他部分的破壞。
4.橋梁抗震設計規范與發展趨勢
4.1 橋梁抗震設計的未來標準
在進行橋梁的抗震設計時,最需要重視的因素是抗震設防的標準。地震的等級不同,其造成的危害程度也不一樣。在過去的抗震設計中,通常設計出的橋梁抗震結構僅能起到單一的防范作用,但是在當下的橋梁抗震設計中則需要前面考慮抗震設防的標準。
4.2 位移、延性抗震設計發展趨勢
當下基于位移和延性方面的強度抗震設計方法在當下的橋梁抗震設計中應用非常廣泛。橋梁抗震設計是現階段非常熱門的一個研究課題,有很多橋梁抗震設計專家都建議在橋梁抗震設計中引入位移,以此為參考,來完成對橋梁的抗震設計,增強橋梁的抗震能力。
4.3 基礎橋梁抗震設計發展趨勢
通過對以往抗震設計的實例進行分析可以發現,橋梁的基礎結構作為整個橋梁的根本所在,必須做好ζ淶目拐鶘杓啤T詰卣鴟⑸時,如果橋梁的基礎結構出現破損,很容易導致整座橋梁的坍塌,進而引起嚴重的安全事故。與此同時,橋梁基礎防震設計工作的難度相對比較大,施工人員必須進一步提高對其的重視。美國在這一方面已經有了比較成熟的設計規范,所以在實際設計中國內的設計人員可以對其進行借鑒和參考,進而制定出符合自身實際情況的抗震設計方案。
4.4 減隔震以及耗能抗震設計發展趨勢
現階段科學技術進步迅速,在橋梁抗震設計中已經逐漸使用了隔震、減震以及耗能等技術,并且社會各界對此也非常重視,但是在當下其還缺少必要的實踐驗證。對減震、隔震和耗能技術的研究和完善具有重要的意義和作用,它能夠有效促進橋梁結構抗震能力的提高,確保社會的穩定和諧。
4.5 構造細節以及規范的可操作性
當下國內的橋梁抗震設計已經有了不小的進步,但是其中還需要許多可以完善的部分。
無法將問題進行量化以實現解決問題的目的,所以研究人員要做好對實際經驗、研究成果以及理論知識的總結、分析和研究,最終制定出合理科學的抗震設計,以促進橋梁結構抗震能力的提高。在進行橋梁的設計時需要保證抗震設計規范的可操作性,因為它與設計人員在工作中的規范性以及設計的合理性都密切相關。當設計規范的可操作性比較差時,設計人員在實際工作中非常容易出現設計偏差,由其完成的抗震設計難以滿足相關的要求和標準,導致整個橋梁結構的抗震能力較低,因此,設計人員在工作中需要確保設計的規范性,做好對細節的處理,以促進橋梁結構抗震能力的提高。
結語
綜上所述,雖然我國在橋梁抗震方面已經取得顯著效果,但是還是會存在很多沒辦法解決和描述的問題,更加不能與發達國家的先進技術相比。所以就需要我們的科研人員不斷進行地震模擬實驗,依據實驗數據提高橋梁的抗震能力,相信在所有科研人員的不懈努力之下,橋梁抗震設計必定會有重大突破。
參考文獻
[1]曾志平.橋梁抗震設計規范的現狀與發展趨勢[J].城市建筑,2013(10):247-247.
關鍵詞:橋梁抗震;設計技術;發展趨勢
中圖分類號:U44 文獻標識碼:A
1.橋梁震災及抗震設計技術現狀
1.1 支撐連接件以及下部結構失效
所謂的支撐連接件失效,即是橋梁當中起到承接力作用的上部結構與下部結構承受的力超出了其承受范圍,從而導致部件與橋體之間發生了相對位移,使得起到支撐作用的部件失去了其應有的作用,橋梁上層部分與下層部分發生了一定程度的分離,較為嚴重的情況下會使得橋梁整個部分相互分隔開來,最終使得橋體出現墜毀崩塌等現象。而產生這一現象的原因,大多是在進行橋梁設計的時候沒有充分地考慮到橋梁相鄰跨之間的相互位移的程度,導致支撐部件的失效。因此,通過增加支撐部件的寬度進而使支撐部件相對穩固。對橋梁設計的不合理以及承力計算的不準確會導致橋梁的橋墩與橋臺部分出現損壞,最開始出現較小程度的裂痕,隨著地震力的傳遞,裂痕逐漸增大,增多,橋墩開裂折斷,進而導致下部結構的失效。若想要解決這種狀況,只能在前期的延性設計以及施工當中保證準確,使結構的彈性得到保持。
1.2 軟弱地基失效
當地震災害發生時,橋梁下部的承載地基會由于地殼的變動發生永久性的變形,這種地基高低與承載能力的變化會使得支撐橋梁的土地部分變得較為柔軟,嚴重者會出現地基沙土化或地基塌陷的現象。這種地理土壤情況的不良變化容易使得橋梁的下部支撐部位發生一定程度的位移,而橋梁下部的不均衡位移更容易導致橋梁表面出現裂痕,進而使得橋梁整體崩塌破壞。地震災害容易使土壤部分出現砂土液化的現象,將固體的土壤狀態轉變成為具有流動性的狀態,噴水冒砂,這種現象使得土壤抵抗剪切力的能力大大下降,使得橋梁建筑下降塌陷,傾斜或傾覆。由于這種狀況的出現大多是由地震的自然災害造成的,很難避免,因此,在橋梁的建設過程當中選擇好建設地址,避免選擇容易出現地基失效的位置進行橋梁的搭設。
1.3 研究技術現狀
由于地震災害對于橋梁的影響十分大,因此,在國內外的一些著名橋梁建設當中,都采取了些抗震加固技術措施。在橋梁的伸縮縫及端部利用接塊或者擋塊進行接縫工作,這樣做可以有效增加橋梁的支撐面厚度以及寬度,減少地震當中橋梁支撐梁掉落的現象。通過對橋梁施加鋼筋混凝土技術,增加橋面的橫向約束能力,降低地震時橋面彎曲的現象發生。增加橋梁的穩定性最重要的是在橋梁設計與建設時采用橋梁抗震技術,例如由美國研究人員提出鉛芯橡膠支座技術,這種技術的采用可以有效增加橋梁上部與下部之間的聯系,最大程度地減少地震發生時橋面與橋梁支撐部件之間的相對位移,避免橋面的崩塌脫落。美國加州的運輸部在菲奈爾多地震當中發現這種有效抗震手段。
2.主要結構設計方式與發展趨勢
2.1 混凝土結構設計
鋼筋混凝土技術是橋梁抗震加固技術的重要手段之一。在我國大多數橋梁的抗震加固設計與建造當中,所采用的大多為鋼管外包加固,加大混凝土截面以及復合材料加固技術。其中,鋼管外包加固對于原料的要求較低,材料花費較少,安全性較高,穩定性較好,耐久度較高,因此,在我國的一些大型橋梁建筑工程中都采用這種技術。隨著科技的發展,復合材料加固技術也在不斷地普及,由于日本的地震較為多發,且該國對于高新技術材料的研究較為先進,因此在FRP復合材料加固的技術研究中也較為領先。日本對于這種高新技術材料的研究實在阪神地震之后,由于當時的地震造成的人員損失較多,使得相關研究單位對于FRP的研究激增。采用鋼筋混凝土技術時,需要注意,應當確定相應的混凝土構件以及承載能力的極限,這種分析方法是必須的,但我國在這一方面相對落后,因此需要加大研究力度,增加我國橋梁建筑工程在地震當中的穩定性。
2.2 未來橋梁抗震標準以及結構基礎抗震設計
隨著未來橋梁設計技術與抗震技術的發展,需要考慮到各個震級下橋梁的穩定性情況進行抗震標準的規劃。不能僅僅采取單一的抗震設計結構與評測水平。橋梁的基礎結構是橋梁抗震穩定的關鍵所在,只有保證基礎結構的穩定與抗震水平達到標準,才能保證地震災害發生時橋梁所受的物理性損害降到最低,雖然這方面的設計工作的難度較大,但是,卻是絕對不能忽視的。在美國已經成立了相關的組織體系進行橋梁基礎結構的設計教學,并執行相應的標準與規范,我國在這一方面的工作還不健全,體系還存在漏洞,更需要加大力度進行完善與彌補,促進我國橋梁事業的發展。
2.3 延性與位移設計及耗能設計發展趨勢
延性與位移設計既是一種設計手段,又是一種設計參數,通過這種合理的設計,增加橋梁的上層部位與下層部位的延展性與穩固性,降低地震災害發生時兩者之間的相互位移,是一種有效的抗震設計手段。這種強度設計方法在諸多的研究專家的建議下將其作為橋梁位移的設計參數,按照這個參數確定橋梁的抗震穩定能力。而作為橋梁抗震的重要技術手段,減震與隔震技術被明確規定要加入橋梁的設計當中,橋梁建設與維護對于能源的消耗也較為龐大,因此,耗能技術的規范也被明確起來。隨著科學技術的不斷發展,諸多研究人員對抗震技術隔震技術的研究也在不斷地加深。通過未來的發展,采用最新的技術發揮其抗震功效,能最大程度地增加橋梁的穩固性與抗震性。
結語
通過對一些國內外的地震災害進行分析,進而對一些著名的橋梁設施的抗震加固技術進行闡述,分析現狀,并就未來的發展趨勢做出一個合理的預測,從而為我國的橋梁抗震設計提供相應的經驗,力求減小地震自然災害對于橋梁的影響,保護人民生命財產安全。
關鍵詞:公路橋梁;抗震加固;措施
橋梁是公路工程的重要一環,多為我國國省干線公路交通網上的關鍵節點,當地震發生時,橋梁較易發生破壞,一旦失去通行能力將會嚴重阻礙抗震救災工作并帶來一系列的次生災害,造成生命及財產的更大損失。也造成了公路和鐵路橋梁的嚴重毀壞。因此,研究公路橋梁抗震加固技術具有必要性和工程意義。
一、橋梁抗震加固的必要性
隨著我國國民經濟的快速發展,交通運輸業得到了長足發展,交通量猛增,車輛載重增大。很多橋梁特別是依據舊規范修建的老橋,或因設計、施工以及使用上的種種原因存在不同損傷的橋粱,均處于無法滿足現代化交通現狀的局面。如將這些橋全部蘑建,不但影響現有交通也耗費人力、物力 實踐證明,采用適當的加固技術,可有效恢復和提高舊橋的承載能力和通行能力、延長橋梁的使用壽命。采用此法不但可以節省大量投資,亦可通過維修和加固舊橋消除交通安全隱患,以提高公路通行能力和服務水平、滿足現代化交通運輸的需求。
需要進行抗震性能評價與加固的情況有:地震中遭受嚴重破壞橋梁的修復或加固:其次是隨著新規范的頒布,設計方法的更新,對以前未按新規范設計的橋梁進行抗震性能評價。通過評價的結論提出有效的加固方法,提高單個構件及橋梁體系的抗震性能以滿足新的抗震設防要求。對于由《公路工程抗震設計規范》(JTJO04-s9)進行設計的橋梁,其設防標準單一,往往沒有足夠的構造措施保證結構的整體延性,也沒有采用能力設計的思想來防止橋墩等構件的剪切破壞。而新刊布的《公路橋梁抗震設計細則》(JTG / T B02一O1—2008)提出了以預防為主的抗震設計方針。使得用舊的抗震標準設計的公路橋的抗震性能不足。對于這類公路橋應進行震害檢查,明確其抗震弱點,力求通過抗震加固及維修等手段提高其抗震性能。
二、橋梁與抗震
近幾年自然災害頻繁發生,特別是地震帶來的強破壞性,給人們的生命和財產帶來很大的危害。我國處于二大地震帶之間,是一個地震多發國家,強震后帶來的不僅僅是生命財產的損害,還會引發一個長期的政治、經濟問題及情感上難以愈合的創傷。地震發生后,公路橋梁成了通往震中的唯一生命線,對搶救人民的生命財產安全起著非常重要的作用,在震后公路橋梁也是人們重建家園,恢復生產的重要環節之一,所以在地震中,公路橋梁是生命系統的重要組成部分,由于其重要的作用,所以在公路橋梁設計過程中抗震性能會成為設計的重點關注問題,公路橋梁抵抗地震的災害能力增強了,對搶救人民生命財產和恢復災后重建有著極其重要的意義。根據歷次大地震的調查研究,公路橋梁的地震破壞主要形式總結歸納如下:橋梁上部結構受水平力作用滑落;橋墩塑性鉸的抗彎、抗剪強度不足,導致橋墩破壞;橋墩、樁基礎鋼筋的連接及錨固性能不足,導致橋墩破壞(最為常見);常規橋梁抗震設計首先應是抗震構造措施,根據汶川地震相關調查表明干線公路橋梁由于采用了合理的抗震構造措施,結構安全富余較多,震后其破壞遠小于地方道路橋梁。抗震構造措施是總結橋梁震害經驗的基礎上提出的設計原則,事實表明抗震構造措施可以起到有效減輕震害作用,而所耗費的工程代價往往較低。
三、橋梁的加固技術研究
對于處于地震多發區的已經修建的橋梁,應根據更為先進的設計思想對其進行抗震性能評價,并結合評價結果考慮是否應給予相應的抗震加固措施。
3.1結構連接件的維護
當支承連接件不能承受橋梁上、下部結構產生的相對位移時,可能會失去相應的作用,并導致梁體墜毀。而這種情況往往都是由施工單位和養護單位對橋梁支承連接件的性能質量的重視度不夠所引起的。因此,應定期對橋梁支座、伸縮縫等連接構件進行維護。在國內,目前采用較多的維護方法有采用擋塊、連梁裝置等安裝于伸縮縫等上部接縫處;安裝限位裝置于簡支的相鄰梁間;為耗散作用于機構的地震能量增加耗能裝置及減隔震支座;增加支承面的寬度等措施。此外,在橋梁使用期間定期檢查并維護支座時應隨時清除伸縮縫內的雜物。
3.2上部結構加固
加固上部結構主要有粘貼鋼板加固法、增大截面加固法和結構體系轉換法。粘貼鋼板加固法主要在梁板橋的主梁底部出現嚴重橫向裂縫時使用。在粘貼鋼板、鋼筋或纖維時應特別注意粘貼位置,即粘貼位置應盡量遠離中性軸加固區。同時還應注意黏結劑的性能以保證錨固的可靠性;增加截面加固法主要是增設鋼筋在主梁下部以提高主梁的抗彎能力。同時,如果增設的鋼筋較多可考慮將主梁下部的截面面積增大以避免超筋構件的出現。另外,應設置錨固筋,傳力銷、剪力鍵等可靠的連接物在新老結構材料之間以避免增加的重量破壞原截面;結構體系轉換法主要指將可承受負彎矩的鋼筋設置在簡支梁的梁端,使相鄰兩主梁連起來就可形成多跨連續梁,進而達到提高橋梁承載力的目的。
3.3下部結構加固
下部結構的加固主要有柱罩、填充墻、連梁、加固支座、加固帽梁、橋臺和加固基礎等措施。填充墻具有提高柱的橫向能力和限制柱的橫向位移等特點,可用于多柱橋梁;連梁可提高混凝土排架的橫向能力。連梁可置于排架底部標高處替代墩帽,也可置于地面標高和排架底部標高之間的某個位置以調整特定排架的橫向剛度。一直以來支座都是地震中受損最容易的部位,而為加固支座現在一般都采用隔震支座加固橋梁的方式,此外還有用鉛芯橡膠支座或者纜索與彈性支座配套使用代替彈性支座的方法;帽梁加固方法最常見的是給現有帽梁增設墊板;橋臺加固主要有兩種方法,一是支座延長裝置,二是用木材、混凝土或鋼筋填塞夾縫,后者采用較多;通常基礎加固的方法是增設覆蓋層、均勻增加基礎、增加接觸面積或將基礎錨固于土中等。
四、結束語
橋梁抗震加固是一項很復雜的工程,涉及地震工程學、彈塑性力學、損傷力學、計算力學、新材料開發和應用、現代檢測技術等多個學科分支,必須通過學科交叉與融合研究,對橋梁的地震損傷進行正確計估和計算,并結合經濟上的合理性,才能給出理想的橋梁抗震加固方案。■
參考文獻
[1]李偉,崔雷等.橋梁抗震設計及對策分析吉林交通科技[J].2010;2(4):1045-1047.
[2]莊衛林,劉振宇,蔣勁松.汶川大地震公路橋梁震害分析及對策[J].巖石力學與工程學報,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.
關鍵詞:公路橋梁 抗震設計 加固技術
Keywords: seismic design of highway bridges reinforcement technology
TU74
橋梁工程是公路工程的咽喉要道,在保障公路通暢中起著至關重要的作用。一旦地震就會使交通線路癱瘓,將會給國家和人民帶來極大的損失和不便。因此對其進行有效的抗震設計,確保其抗震安全性意義深遠。
一、抗震概念設計
由于地震發生具有不確定性和復雜性的特點, 再加上結構計算模型的假定與實際情況的差異,使“概念設計”比“計算設計”更為重要。“計算設計”很難控制結構的抗震性能,因而不能完全依賴計算。結構抗震性能的決定因素是良好的“概念設計”。因此,在橋梁的方案設計階段,應考慮橋梁的抗震性能,盡可能選擇良好的抗震結構體系。在抗震概念設計時,為了保證橋梁結構的經濟性和抗震安全性,要特別重視上、下部結構連接部位的設計,橋墩形式的選取,過渡孔處連接部位的設計以及塑性鉸預期部位的選擇。通常允許橋梁結構在強震下進入塑性工作狀態, 在預期的部位形成塑性鉸以耗散能量,但不允許出現脆性破壞,如剪切破壞。為了保證所選擇的結構體系在橋址處的場地條件下確實是良好的抗震體系, 必須進行簡單的分析(動力特性分析和地震反應評估) ,然后結合結構設計分析結構的抗震薄弱部位, 并進一步分析是否能通過配筋或構造設計保證這些部位的抗震安全性。最后,根據分析結果綜合評判結構體系抗震性能的優劣,決定是否要修改設計方案。
二、震后檢測加固必要性
1、結構破壞及規范要求
橋梁結構進行震后檢測及加固技術其必要性來自兩個方面:首先是地震中的部分橋梁遭受嚴重破壞,需要進行修復或加固;其次是隨著新規范的頒布執行!設計方法的發展和更新,許多按以前方法設計的或根本就沒有進行抗震設計的橋梁的抗震性能需要重新進行評估。相當數量的橋梁,尤其是早期修建的橋梁,由于資金短缺,設計!施工標準低,加上技術管理薄弱,施工質量不能保證這些橋梁的使用壽命,有些很快就變成危橋;由于橋梁管護不善!大自然風霜雨雪的侵蝕以及環境污染的日益加重,造成橋梁自身老化破損,衰老加快,壽命縮短。對這些橋梁,通過評估及有效的加固,力求能夠提高單個構件以及整個橋梁體系的抗震性能, 以滿足現存規范及交通提出的抗震設防要求。
2、地震特征的要求
通過對世界范圍內歷次發生的地震特征進行分析發現, 地震在空間上和時間上具有叢集的特征。在一定時間內,發生在同一震源區的一系列大小不同的地震, 且其發震機制具有某種內在聯系或有共同的發震構造的一組地震總稱為地震序列。在地震序列中,震級最大的稱為主震,主震前的小震則稱為前震,主震后發生的地震稱為余震。強度等級高的地震,往往會伴隨著強余震的發生。現行的國內外抗震規范在確定地震載荷時,只考慮了主震影響,沒有考慮地震序列中的強余震對結構的抗震性能造成的影響, 這對于結構抗震來說既不安全也不全面。目前國內外對地震序列作用下結構物的破壞研究很少涉及。中國地震局地球物理研究所趙金寶以量化形式研究了建筑物相繼經歷主震! 余震作用下的破壞狀態。 然而,各類橋梁在余震中的抗震能力并沒有具體的研究,橋梁在震后的抗震能力評估與加固仍是保證結構在地震中通行能力的有效措施。
三、震害產生原因分析
(1) 支承連接件失效―― ―― ―由于上下部結構產生了支承連接件不能承受的相對位移,使支承連接件失效,上部與下部結構脫開,導致梁體墜毀。由于落梁的強烈沖擊力,下部結構將遭受嚴重破壞。支承連接件失效的原因,主要是設計低估了相鄰跨之間的相對位移。為了解決這個問題, 目前國內外的通常做法是增加支承面寬度和在簡支的相鄰梁之間安裝縱向約束裝置。
(2)下部結構失效―― ―― ―主要是指橋墩和橋臺失效。橋墩和橋臺如果不能抵抗自身的慣性力和由支座傳遞來的上部結構的地震力,就會開裂甚至折斷,其支承的上部結構也將遭受嚴重的破壞。鋼筋混凝土柱式橋墩大量遭受嚴重損壞, 是近期橋梁震害的一個特點。其原因主要是橫向約束箍筋數量不足和間距過大,因而不足以約束混凝土和防止縱向受壓鋼筋屈曲。目前的解決辦法是通過能力設計和延性設計,使橋梁的屈服只發生在預期的塑性鉸部位,其余結構保持彈性。
(3) 軟弱地基失效―― ―― ―如果下部結構周圍的地基易受地震震動而變弱,下部結構就可能發生沉降和水平移動。如砂土的液化和斷層等,在地震中都可能引起墩臺的毀壞。地基失效引起的橋梁結構破壞,有時是人力所不能避免的,因此在橋梁選址時就應該重視,并設法加以避免。如果無法避免時, 則應考慮對地基進行處理或采用深基礎。
四、抗震加固技術
作為可能采取的震前技術,可以提出防止落梁的構造、 液化、 沖刷、 基礎施工方法、 下部結構形式、 下部結構材料、 主筋減少部位、 地震動加速度等方法,可針對各種震害提出相應的抗震加固措施。針對上部結構及落梁震害,采用減、 隔震支座在梁體與墩、 臺的
連接處增加結構的柔性和阻尼以減小橋梁的地震反應, 利用橋墩在地震作用下發生彈塑性變形耗散地震能量以達到減震的目的。在伸縮縫、 鉸和梁端等上部接縫處采用拉桿、 擋塊、 連梁裝置或者增加支承面寬度等措施,以防止落梁震害的發生。針對支座及支撐連接件的震害, 目前的做法是增加支承面寬度和在簡支的相鄰梁間安裝縱向約束裝置,或者增加支承面寬度。 對于下部結構震害,應通過能力設計和延性設計,提高其抗彎延性和抗剪強度,防止橋墩彎曲和剪切震害,增加其耗能能力,使橋梁的屈服只發生在預期的塑性鉸部位。目前橋墩加固的主要技術有:混凝土加大截面加固方法,鋼板外包加固法,鋼纖維混凝土加固法,復合材料、 玻璃纖維、 碳素纖維加固法等。對無筋混凝土結構,有可能產生脆性破壞,需要尋求結構上的抗震加固對策。可采用混凝土襯套方法和鋼板襯套方法使襯套與既有的橋墩結合成一個整體。
五、抗震發展趨勢
調查研究表明,遭受嚴重破壞和倒塌的橋梁結構,絕大部分是源于落梁和抗彎延性不足。 因此,國外主要的多震國家,開始強調橋梁結構整體的延性能力, 其它一些國家則在原有規范的基礎上,也相應地對保證橋梁結構整體的延性能力, 并通過設計和構造保證橋梁結構的整體延性能力。為了保證結構的整體延性能力,目前通常的做法是增加防落梁構造措施和在預期出現塑性鉸的關鍵部位增加橫向約束,以提高橋墩的抗彎延性和抗剪強度。 從加固的對象上來看,美國、 日本等橋梁抗震加固水平最高的國家,已經把加固的重點從以前單一的防落梁構造措施,轉移到重視橋墩整體延性上來,以保證加固后的橋梁與新建橋梁的抗震能力相當。國內外地震工程研究人員總結了近年來國內外的震害資料,開始檢討過去單純 “強度抗震” 設計的指導思想,研究考慮基于性能的抗震設計原則。基于性能的設計被廣泛的認為是未來結構抗震設計規范的基本思想。抗震設計的性能指標,可以是單一指標,也可以是多指標或組合指標。 在研究手段方面, 整個抗震工程學都出現了越來越重視和依靠地震模擬試驗的發展趨勢。應該注意到現在的試驗已經不再是傳統意義上的簡單試驗,而是和現代科技融為一體的高科技試驗.
六、結語
總之,橋梁的各種狀況應當引起各級公路管理部門的重視,我們要充分吸收國外已有的研究成果,針對我國橋梁的實際情況,開展必要的試驗研究和理論分析工作,對橋梁抗震構造技術進行進一步的改進和完善,從而可以很好地達到橋梁結構的防震和抗震效果,以提高我國公路橋梁的抗震性能和抵御地震災害的能力提供可靠的技術保證
參考文獻
關鍵詞:公路橋梁;抗震加固;技術
中圖分類號: TU997 文獻標識碼: A 文章編號:
在世界上主要有兩個地震頻發的地帶,歐亞地震帶與環太平洋地震帶,其中環太平洋地震帶是相對比較活躍的,世界上百分之八十的地震都集中在這。我國大部分地區是處在歐亞地震帶上,地震發生的頻率也是比較多。公路交通的安全、穩定性是開展抗震救災工作的命脈,橋梁就是公路交通中比較重要的環節,是公路交通網中關鍵所在,當發生地震的時候,橋梁工程遭到損壞,失去了正常使用的功能,阻礙了抗震救災工作的開展,進一步導致財產以及生命安全的損失。所以,一定要對公路橋梁的抗震加固技術進行研究,并且已經成為工程發展的必然結果。
一、研究抗震加固技術的意義
隨著國民經濟的不斷發展,交通運輸行業得到了飛速的發展,交通量飛漲,車輛的載重也越來越大。很多橋梁尤其是一些按照舊規范標準進行建設的老橋,由于設計、施工或者使用過程不當而產生的不同程度的損壞,導致其使用功能無法達到目前交通現狀的需求。如果重建這些老橋,不僅會對目前的交通情況產生不良影響,還會消耗大量的物力、人力。通過實踐可以說明,采取恰當的加固技術也可以提高老橋的使用性能與承載性能,進而延長橋梁的使用年限。進行相應的加固處理,不僅可以節約大量的成本,還可以利用加固處理解決橋梁使用過程中存在的安全隱患,進而提高公路橋梁的通行能力以及服務性能,達到交通運輸的實際需求。首先,要對公路橋梁的抗震性能進行評估,掌握橋梁的損壞程度,方便進行相應的修復與加固。其次,隨著新規范標準的推行,以及設計方法的改進,對于一些老舊橋梁進行新的抗震評估,根據相應的評估結果提出有效的加固手段,改進橋梁的使用性能,進而提高公路橋梁的穩固性,滿足實際抗震需求。一些老舊的規范標準中對于橋梁的抗震設計比較單一,沒有相應的細則規定,導致橋梁的設計中存在著許多的不確定因素,而新頒布的相應規范標準中提出了預防為主的抗震設計理念,為公路橋梁的抗震設計提供了可靠的依據。因此,為了確保財產以及生命安全,一定要提高公路橋梁的抗震性能。
二、抗震加固技術的現況
自美國Alaska地震之后,就開始研究橋梁抗震性能評估以及加固技術。近幾年來,隨著地震發生次數越來越頻繁的情況,各個國家都開始重視橋梁抗震加固技術的設計與研究。現階段抗震評估工作大致包括兩個階段:一是,確定最需要與最危險結構的加固,也可以將其稱之為優先研究階段;二是,對需要加固的結構開展詳細的分析工作,也可以將其稱之為調查研究階段。在優先研究階段主要重點研究橋梁結構重要性、基礎與場地的特點(砂土液化、場地土類型)、結構自身特點、結構易損性以及橋梁施工的選址等方面。我國現階段對于橋梁抗震評估工作還處在初期階段,還沒有形成統一、科學、系統的規范標準。在確定需要加固的結構之后,一定要對目前結構的抗震性能開展詳細的評估工作,選擇恰當的加固技術與方法,盡可能的改進公路橋梁的使用性能,滿足實際使用需要。對于我國目前的抗震加固技術水平而言,與一些發達國家還存在著不小的差距,實施的相應抗震加固技術還處在經驗階段,因此,一定要多多借鑒一些成功經驗,結合自身的特點,開展有效的抗震加固處理,進一步滿足公路橋梁抗震加固方面的規范標準。
三、抗震加固技術的實施方法
(一)結構連接構件的加固
根據實踐經驗,有關的施工單位只是關注了公路橋梁工程施工過程中的質量環節,而養護單位就只是關注公路橋梁的通行舒適情況以及整體線型等方面,忽視了結構連接構件的承載能力,以及支撐質量。當公路橋梁的上部、下部結構之間的連接構件無法承受相應的荷載時,就會產生一定的位移,導致連接構件失效,梁體墜毀的情況。
(二)上部結構構件的加固
對于公路橋梁上部結構構件進行加固的方法主要有三種:一是,增大截面法。為了增強主梁的抗彎性能,在梁板下部加置鋼筋,假如增加的主筋數量過多,防止發生超筋構件的現象,可以適當加大主梁下部的截面積。比如:梁橋,可以加大馬蹄的寬度與高度,以此來增加構件的截面積。在工程施工的過程中,一定要注意增加的重量不要損壞原截面,并且在新老建筑材料之間一定要進行錨固筋、傳力銷以及剪力鍵等可靠連接。二是,粘貼鋼板法。當梁板橋的主兩部分出現比較嚴重的橫向裂縫時,可以采取此項措施,進行簡單的操作,就可以達到加固的效果。但是對于纖維、鋼筋以及貼鋼板的位置一定要遠離中軸加固區域,在可以開展錨固的時候,盡可能進行錨固,同時考察橋梁結構的黏結性能。三是,結構體系轉換法。在簡支梁的梁端安裝相應的負彎矩承載鋼筋,讓相鄰的主梁連接起來就可以形成多跨式的連續梁。根據連續梁的相應受力情況,減小跨中彎矩,進而達到提升橋梁承載性能的目的。
(三)下部結構構件的加固
下部結構構件的損壞指的主要是橋臺以及橋墩的失效。如果橋臺以及橋墩不能再承受自身的慣性力以及支座傳遞的地震力,就會導致橋梁結構出現開裂甚至是斷裂的情況。鋼筋混凝土的橋墩在發生地震的時候非常容易受到損壞,究其原因主要為箍筋的間距太大以及相應的數量太少,無法滿足橋梁施工的實際需求,導致鋼筋受力彎曲。對于提高橋墩抗震性能的措施,主要就是利用增加截面積或者黏貼纖維、鋼板等,進行抗震性能的提升,避免出現橋墩破壞性震害的情況。現階段進行橋墩加固的技術主要有:增加混凝土構件的截面積加固法、碳素纖維加固法、復合材料加固法、鋼纖維加固法以及玻璃纖維加固法等。對于一些早期用石、磚等材料建設的橋梁下部結構構件極易可能出現脆性損壞,需要采取相應的抗震加固措施,通常采取的就是鋼板襯套法以及混凝土襯套法等。
結束語:
總而言之,隨著地震的頻發,越來越多的公路橋梁建設者意識到了抗震加固技術的重要性。對于公路橋梁的加固工作而言,是一項比較長期開展的工作。因為缺乏一定的橋梁抗震加固標準以及相應的性能評估指標,我國橋梁抗震加固技術還有待改進。所以,一定要充分吸收一些發達國家的成功經驗,結合本國的實際情況,開展相應的實踐工作,保證公路橋梁具有足夠的抗震性能,實現其使用價值的同時,節約相應的抗震加固施工成本。
參考文獻:
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