橋梁抗震理論與設(shè)計(jì)方法

1、<p>　　橋梁抗震理論與設(shè)計(jì)方法</p><p>　　摘要：本文地震對橋梁的危害現(xiàn)象進(jìn)行了分析，闡述了橋梁抗震設(shè)計(jì)的基本原則，探討了橋梁抗震設(shè)計(jì)的方法。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：橋梁；震害；原則；方法 </p><p>　　Abstract: in this paper the bridge seismic damage phenomenon wa

2、s analyzed, the basic principle of seismic design of the bridge, this paper discusses the method of bridge seismic design. </p><p>　　Keywords: bridge; Earthquake damage; Principle; methods </p><p&

3、gt;　　中圖分類號：K928.78 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： </p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的加快, 抗震防災(zāi)日趨重要。橋梁是交通的樞紐, 在國家建設(shè)中起著舉足輕重的作用,而在地震發(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。因此, 作為橋梁工程的抗震設(shè)計(jì)與研究便成為重中之重, 各國學(xué)者對橋梁結(jié)構(gòu)的減震進(jìn)行了廣泛、深入的研究。 </p><p>　　一、地震對橋梁的

4、危害現(xiàn)象分析 </p><p>　　1、地基與基礎(chǔ)震害 </p><p>　　地基與基礎(chǔ)的嚴(yán)重破壞是導(dǎo)致橋梁倒塌, 并在震后難以修復(fù)使用的重要原因。地基破壞主要表現(xiàn)為砂土液化、地基失效、基礎(chǔ)沉降和不均勻沉降破壞及由于上承載力和穩(wěn)定性不夠, 導(dǎo)致地面產(chǎn)生大變形, 地層發(fā)生水平滑移、下沉、斷裂。基礎(chǔ)的破壞與地基的破壞緊密相關(guān), 幾乎所有地基的破壞都會(huì)是基礎(chǔ)的破壞, 主要表現(xiàn)為移位、傾斜、下沉、

5、折斷和屈曲失穩(wěn)。 </p><p>　　2、 橋臺位移、沉陷 </p><p>　　地震時(shí), 橋臺與臺后填土是不完全固結(jié)的。填土的縱向土壓力增大, 橋梁與橋臺之間的沖撞產(chǎn)生相當(dāng)大的被動(dòng)土壓力, 造成橋臺有向橋跨方向移動(dòng)的趨勢。又由于橋面的支撐作用, 橋臺將發(fā)生以橋臺頂端為支點(diǎn)的豎向旋轉(zhuǎn), 導(dǎo)致基礎(chǔ)破壞。建造在液化土上的橋臺還可能垂直沉陷, 這又將造成橋臺承受過大的扭矩而破壞。 </p

6、><p><b>　　3、 墩柱破壞 </b></p><p>　　墩柱是橋梁抗側(cè)向力的主要構(gòu)件, 因此墩柱的破壞是最普遍的。墩柱破壞的主要表現(xiàn)形式有: 彎曲強(qiáng)度不足、彎曲延性不足、縱筋搭接區(qū)的抗彎能力以及剪切強(qiáng)度不足等。墩柱的破壞往往引起一系列的連鎖反應(yīng), 如落梁、整個(gè)結(jié)構(gòu)的倒塌等。而落梁對墩臺側(cè)壁的撞擊又對下部結(jié)構(gòu)造成新的破壞。 </p><p&g

7、t;<b>　　4、 蓋梁破壞 </b></p><p>　　不論是懸臂結(jié)構(gòu)的蓋梁, 還是兩端剛結(jié)于柱的蓋梁, 破壞形式主要表現(xiàn)為抗剪強(qiáng)度不足或錨固筋不能滿足抗拉要求, 從而引起錨固端破壞。 </p><p>　　5、 支撐連接構(gòu)件破壞 </p><p>　　支座、伸縮縫和剪力鍵等連接件在外力作用下最易受損, 是橋梁整體抗震性能上的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)

8、。地震時(shí), 如果上、下部結(jié)構(gòu)的相對位移過大而超過支座的變形能力或支承面寬度, 或超出梁間縱向約束裝置的強(qiáng)度, 將導(dǎo)致錨固螺栓拔出或剪斷, 支撐連接構(gòu)件失效。還可導(dǎo)致支座附近混凝土發(fā)生裂縫、活動(dòng)支座脫落等現(xiàn)象。 </p><p><b>　　6、 結(jié)點(diǎn)破壞 </b></p><p>　　橋梁結(jié)點(diǎn)區(qū)域鋼筋大量相交, 在施工上總是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié), 地震時(shí)結(jié)點(diǎn)區(qū)域應(yīng)力復(fù)雜而有變

9、化, 常導(dǎo)致結(jié)點(diǎn)區(qū)域混凝土的壓碎和錨固筋的破壞, 一旦受損將難以修復(fù)。 </p><p>　　二、橋梁抗震設(shè)計(jì)原則 </p><p>　　1、橋梁抗震設(shè)計(jì), 應(yīng)結(jié)合地形、地質(zhì)條件、工程規(guī)模及震害經(jīng)驗(yàn), 選擇合理的橋型及墩臺、基礎(chǔ)型式。 </p><p>　　2、利于抗震, 同一座橋中, 盡量避免高墩與大跨的結(jié)合, 橋梁宜采用減少上部結(jié)構(gòu)自重并有利于抗震的結(jié)構(gòu)形式。

10、</p><p>　　3、橋梁宜體形簡單、自重輕、剛度和質(zhì)量分布均勻、重心低、便于施工。在構(gòu)造上盡量避免截面突變及“頭重腳輕”的現(xiàn)象。大跨度鋼桁梁、空心橋墩是地震區(qū)橋梁設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。 </p><p>　　4、橋梁宜采用有利于提高結(jié)構(gòu)整體性的連接方式, 墩臺結(jié)構(gòu)采取提高其延性、震動(dòng)衰減快的相關(guān)措施, 必要時(shí)設(shè)置減隔震支座, 塑性鉸等防震裝置。 </p><p>　　5

11、、橋梁宜盡可能采用技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、便于修復(fù)加固的結(jié)構(gòu)體系。 </p><p>　　6、在抗震、防震措施方面, 應(yīng)進(jìn)一步開展減震、隔震支座的研究和應(yīng)用; 加強(qiáng)鋼筋混凝土橋墩的延性分析與計(jì)算, 確定橋墩塑性鉸區(qū)域的范圍。 </p><p>　　三、 橋梁抗震設(shè)計(jì)方法 </p><p>　　1、總體設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題 </p><p>　　(

12、1)橋位選擇。 </p><p>　　選擇橋址時(shí), 橋梁位置應(yīng)選在良好和穩(wěn)定的河段, 應(yīng)避開地震時(shí)可能發(fā)生地基失效的松軟場地, 選擇堅(jiān)硬場地。如果必須在穩(wěn)定性差的軟弱場地上河段通過時(shí), 應(yīng)盡量采用橋梁中線與河流正交, 這樣即使地震產(chǎn)生河岸滑移, 影響也較小; 若采用斜交, 地震時(shí)極易產(chǎn)生河岸向河心滑移, 會(huì)使橋梁隨之發(fā)生錯(cuò)動(dòng)或扭轉(zhuǎn)破壞。拱橋應(yīng)盡量避免跨越斷層, 特殊困難情況下應(yīng)進(jìn)行地震安全性評價(jià)。 </p&

13、gt;<p>　　( 2)橋型選擇。 </p><p>　　橋梁應(yīng)結(jié)合地形、地質(zhì)條件、工程規(guī)模及震害經(jīng)驗(yàn), 選擇合理的橋型及墩臺、基礎(chǔ)型式。宜盡可能采用技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、便于修復(fù)加固的結(jié)構(gòu)體系?？梢钥紤]采用減震的新結(jié)構(gòu), 比如型鋼混凝土結(jié)構(gòu)等。 </p><p>　　( 3)橋孔布置。 </p><p>　　橋孔宜選用有利于抗震的等跨布置, 并盡量避

14、免高墩與大跨的結(jié)合。宜體形簡單、自重輕、剛度和質(zhì)量分布均勻、重心低、便于施工。位于地震后可能形成泥石流溝谷上的橋梁, 孔跨和橋下凈高宜根據(jù)流域內(nèi)的地形、地質(zhì)情況酌情加大。 </p><p><b>　　2、 基礎(chǔ)處理 </b></p><p>　　對于不良地質(zhì)，可以根據(jù)不同的具體地質(zhì)情況采用不同的方法進(jìn)行處理。對于巖層較淺的地方，采用較大擴(kuò)基或固定在基巖上?；蛘咴跀U(kuò)基

15、處砌筑厚度為1.5-2m 的圍裙。對于地基軟硬不均，或砂層較厚地下水位較高地區(qū)要特別注意沙土液化，噴沙冒水現(xiàn)象的發(fā)生，可適當(dāng)增加橋長，合理布孔，使橋墩、橋臺避開地震時(shí)可能發(fā)生滑動(dòng)的岸坡或地形突變的不穩(wěn)定地段?；虿捎蒙顦丁⑴艠洞┻^液化層，并采用系梁、承臺等加強(qiáng)聯(lián)結(jié)，或減輕結(jié)構(gòu)自重，在非沖測線下一米處，設(shè)置圍裙或條形基礎(chǔ)，加大基礎(chǔ)基底面積、減少基底偏心，并適當(dāng)增加理置深度。亦可在臺前或墩兩側(cè)設(shè)斜撐。并在考慮采用時(shí)，將水平地震力和豎向地震力加

16、以組合驗(yàn)算。換士或采用砂樁也是一種常用的方法。 </p><p><b>　　3、橋墩處理 </b></p><p>　　對于震區(qū)的橋墩，最好采用等截面，不宜做錐形截面墩，因?yàn)樽兘孛娴臉蚨盏目v波應(yīng)力較大，而等截面橋墩的縱波應(yīng)力相對較小，這樣可以減少波應(yīng)力。 </p><p>　　在橋墩較粗能夠承受較大拉力時(shí)(一般用于大橋)，為了防止橋面在地震時(shí)

17、上拋，落下砸壞橋墩(橋臺)，一般用高強(qiáng)螺栓或預(yù)理鋼筋將橋梁及橋墩(臺)聯(lián)結(jié)起來。 </p><p>　　對于中小橋，一般采用簡支板(或預(yù)應(yīng)力板)。它允許橋面與橋墩能夠自由分開。地震時(shí)，為了防止橋面自由上拋時(shí)橋墩承受過大的拉力，同時(shí)，為了防止橋面落下時(shí)沖壞橋墩，在支座處安放彈簧或橡膠支座等緩沖的東西。 </p><p>　　4、橋梁抗震構(gòu)造措施 </p><p>　　

18、( 1)對常規(guī)的簡支橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)橋面的連續(xù)構(gòu)造, 以及需提供足夠的加固寬度以防止主梁發(fā)生位移落梁, 另外還應(yīng)適當(dāng)?shù)募訉挾张_頂蓋梁及支座的寬度, 并增設(shè)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(yīng)加設(shè)防移角鋼或設(shè)擋軌, 作為支座的抗震設(shè)計(jì)。 </p><p>　　( 2)在地震區(qū)的橋梁結(jié)構(gòu)以采用跨度相等、每聯(lián)連續(xù)跨內(nèi)下部墩身剛度相等為宜?？缍炔痪? 墩身剛度不等極易發(fā)生震害。對各墩高度相差較大的情況

19、可采用調(diào)整墩頂支座尺寸和樁頂設(shè)允許墩身位移的套筒來調(diào)整各墩的剛度, 以便使之剛度盡量保持一致。地震區(qū)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。 </p><p>　　( 3)對高烈度區(qū)的橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)在縱向設(shè)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(jié)構(gòu)的柔性和阻尼以便共同受力和減小水平橋梁荷載。 </p><p>　　( 4)由于拱

20、橋?qū)χё轿灰剖置舾? 而兩邊橋臺的非同步激振會(huì)引起較大的偽靜力反應(yīng), 有時(shí)甚至?xí)笥趹T性力所引起的動(dòng)力反應(yīng), 因此要求震區(qū)的拱橋墩臺基礎(chǔ)務(wù)必設(shè)置于整體巖盤或同一類型的場址以保證震時(shí)各支座的同步激振。 </p><p>　　( 5)橋梁的基礎(chǔ)應(yīng)盡可能的建在可靠的地基上, 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

21、深基礎(chǔ), 使樁或沉井穿過可能液化的土層埋人較穩(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>　　( 6)墩柱設(shè)計(jì)中應(yīng)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(chǔ)的縱向鋼盤伸入蓋梁和承臺應(yīng)有一定的錨固長度以增強(qiáng)連接點(diǎn)的延性, 并且, 橋墩基腳處應(yīng)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。 </p><p&

22、gt;　　( 7)采用將橋墩某些部位設(shè)計(jì)成具有足夠的延性, 以使在強(qiáng)震作用下使該部位形成穩(wěn)定的延性塑性鉸, 并產(chǎn)生彈塑性變形來延長結(jié)構(gòu)的振動(dòng)周期, 耗散地震力。 </p><p>　　( 8)采用上部結(jié)構(gòu)和橋墩完全連接的剛構(gòu)體系, 并且樁尖穿過可液化層達(dá)到堅(jiān)硬土層上, 由于結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù)增大和堅(jiān)實(shí)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。 </p><p>　　綜上所述,

23、 目前地震雖然是不可控制的, 但是只要我們加強(qiáng)對橋梁震害及抗震機(jī)理的深入研究, 制定先進(jìn)的抗震設(shè)防原則, 采取科學(xué)有效的抗震設(shè)防措施, 嚴(yán)格控制工程質(zhì)量, 就一定能將地震災(zāi)害降到最小, 確保交通運(yùn)輸線的暢通。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 王晶瑩. 淺談橋梁抗震設(shè)計(jì)[J]. 黑龍江科技信息. 2009(11) <

24、;/p><p>　　[2] 齊文艷. 淺談公路橋梁震害、抗震設(shè)計(jì)及抗震措施[J]. 吉林省教育學(xué)院學(xué)報(bào)(學(xué)科版). 2011(02) </p><p>　　[3] 劉蕾蕾. 混凝土梁式橋典型震害及抗震措施研究[J]. 西南公路. 2008(04) </p><p>　　[4] 于淑蘭. 橋梁抗震設(shè)計(jì)[J]. 遼寧交通科技. 2004(04) </p>