橋梁抗震設(shè)計研究與新技術(shù)的應(yīng)用探析

1、<p>　　橋梁抗震設(shè)計研究與新技術(shù)的應(yīng)用探析</p><p>　　摘要：橋梁的抗震減災(zāi)是一門涉及多學(xué)科多領(lǐng)域的科學(xué)，目前我國對這方面的研究還很少，特別是對橋梁抗震新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)的研究和應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外。本文首先介紹了橋梁震害的原因并做了相應(yīng)的分析，然后講述了橋梁抗震常采用的方法以及新興的設(shè)計方法，并且強(qiáng)調(diào)了抗震設(shè)計中的要點(diǎn)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：橋梁；震害；抗震；新

2、技術(shù) </p><p><b>　　1引言 </b></p><p>　　橋梁作為重要的公共交通設(shè)施，在人們的生活中發(fā)揮著十分重要的作用。我國屬于地震多發(fā)國家，在發(fā)生重大災(zāi)難時，公路、鐵路交通網(wǎng)是挽救人民生命和財產(chǎn)、進(jìn)行災(zāi)區(qū)重建、減輕次生災(zāi)害的重要交通途徑，橋梁作為公路、鐵路交通網(wǎng)的一部分，不可以在發(fā)生重大災(zāi)難時阻礙救援工作的順利進(jìn)行，因此做好橋梁抗震設(shè)計的重要性不言

3、而喻。 </p><p>　　2 橋梁的震害原因與分析 </p><p>　　2.1 橋梁的震害及特征 </p><p>　　對國內(nèi)外震害的調(diào)查表明，在過去的地震中，有許多橋梁遭受了不同程度的破壞，其主要震害有以下幾點(diǎn)： </p><p>　　（1）橋臺震害。橋臺的震害主要表現(xiàn)為橋臺與路基一起向河心滑移，導(dǎo)致樁柱式橋臺的樁柱傾斜、折斷和開裂；

4、重力式橋臺胸墻開裂，臺體移動、下沉和轉(zhuǎn)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。 </p><p>　?。?）橋墩震害。橋墩震害主要表現(xiàn)為橋墩沉降、傾斜、移位，墩身開裂、剪斷，受壓緣混凝土崩潰，鋼筋裸露屈曲，橋墩與基礎(chǔ)連接處開裂、折斷等。 </p><p>　　（3）支座震害。在地震力的作用下，由于支座設(shè)計沒有充分考慮抗震的要求，構(gòu)造上連接與支擋等構(gòu)造措施不

5、足，或由于某些支座型式和材料上的缺陷等因素，導(dǎo)致了支座發(fā)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(gòu)造上的破壞等，并由此導(dǎo)致結(jié)構(gòu)力傳遞形式的變化，進(jìn)而對結(jié)構(gòu)的其他部位產(chǎn)生不利的影響。 </p><p>　?。?）梁的震害。橋梁最嚴(yán)重的震害現(xiàn)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。 </p><p>　?。?）地基與基礎(chǔ)震害。地

6、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。 </p><p>　　2.2 橋梁震害原因分析 </p><p>　　橋梁的震害，往往是多種因素綜合作用的結(jié)果，主要有以 </p><p><b>　

7、　下幾方面： </b></p><p>　?。?）橋臺或橋墩失穩(wěn)造成的破壞； </p><p>　　（2）砂上液化、地基失效造成的破壞： </p><p>　?。?）地震作用力產(chǎn)生的破壞； </p><p>　?。?）橋梁結(jié)構(gòu)的造型、構(gòu)造或連接措施不當(dāng)而產(chǎn)生的破壞。 </p><p>　　3 橋梁抗震的設(shè)計

8、方法 </p><p>　　3.1 常用的抗震方法 </p><p>　　增加結(jié)構(gòu)的柔性以延長結(jié)構(gòu)的自振周期，達(dá)到減小由于地震所產(chǎn)生的地震荷載和增加結(jié)構(gòu)的阻尼或能量耗散能力以減小由于地震所引起的結(jié)構(gòu)反應(yīng)是實(shí)用的抗震方法。當(dāng)前，比較 </p><p>　　容易實(shí)現(xiàn)和有效的抗震方法主要有以下幾點(diǎn)。 </p><p>　?。?）采用隔震支座。采用減

9、、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）在梁體與墩、臺的連接處增加結(jié)構(gòu)的柔性和阻尼以減小橋梁的地震反應(yīng)；采用減、隔震支座橋梁結(jié)構(gòu)的梁體通過支座與墩、臺相聯(lián)結(jié)，大量的試驗(yàn)和理論分析都表明其聯(lián)結(jié)方式對橋梁結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)有很大的影響，在梁體與墩、臺的聯(lián)結(jié)處安裝減、隔震支座能有效地減小墩、臺所受的水平地震力。 </p><p>　?。?）采用隔震支座和阻尼器相結(jié)合的系統(tǒng)。利用橋墩在地震作用下發(fā)生彈塑性變

10、形耗散地震能量以達(dá)到減震的目的，利用橋墩的延性抗震。 </p><p>　　（3）利用橋墩延性減震。利用橋墩的延性減震是當(dāng)前橋梁抗震設(shè)計中常用的方法，橋墩延性減震是將橋墩某些部位設(shè)計得具有足夠的延性，以便在強(qiáng)震作用下使這些部位形成穩(wěn)定的延性塑性鉸產(chǎn)生彈塑性變形來延長結(jié)構(gòu)周期、耗散地震能量。 </p><p>　　3.2 采用減震的新結(jié)構(gòu) </p><p>　　型鋼混

11、凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)在普遍采用的減震新結(jié)構(gòu)，它是在混凝土上包裹型鋼做成的結(jié)構(gòu)。它與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比具有一系列優(yōu)點(diǎn)：其承載力可以高于同樣外形的鋼筋混凝土構(gòu)件承載力一倍以上；具有較好的抗剪能力，延性比明顯高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；滯回曲線較為飽滿，耗能能力有顯著的提高，從而呈現(xiàn)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(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，使橋梁的變形限制在彈性范圍，避免由于產(chǎn)生塑性變形而造成累積損傷破壞和永久殘余變形，這大大提高了橋梁結(jié)構(gòu)的安

12、全度；同時可以節(jié)約材料，降低造價。 </p><p>　　3.3 橋梁抗震設(shè)計的新方法 </p><p>　?。?） Caltrans新抗震設(shè)計方法 </p><p>　　Caltrans對普通橋梁進(jìn)行了新的分類，其實(shí)也就是增加了橋梁抗震性能準(zhǔn)則的橋梁類型，將普通橋梁分為標(biāo)準(zhǔn)橋梁和非標(biāo)準(zhǔn)橋梁，并將普通橋梁中的標(biāo)準(zhǔn)橋梁和非標(biāo)準(zhǔn)橋梁進(jìn)行了嚴(yán)格的分類，在分類中標(biāo)準(zhǔn)橋梁和非

13、標(biāo)準(zhǔn)橋梁特性不出現(xiàn)沖突。在橋梁抗震設(shè)計中，為了防止橋梁在地震中發(fā)生倒塌，必須保證橋梁所有結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度或者延性，這些強(qiáng)度包括抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度以及抗剪強(qiáng)度。為了滿足橋梁和延性的需求，Caltrans橋梁抗震設(shè)計不建議將非彈性設(shè)置全部設(shè)置在混凝土結(jié)構(gòu)上，而建議多設(shè)置在橋柱、橋墩、背墻和側(cè)墻上。 </p><p>　?。?） ATC―18聯(lián)邦公路總署推薦標(biāo)準(zhǔn) </p><p>　　ATC通過

14、對地震的不斷深入的研究以及對橋梁設(shè)計科研新成果的吸收，分析各國橋梁抗震設(shè)計方法，尤其是那些地震多發(fā)國家的橋梁抗震設(shè)計方法、設(shè)計規(guī)范以及技術(shù)規(guī)范，提出了新的橋梁設(shè)計規(guī)范，也就是ATC―18聯(lián)邦公路總署推薦標(biāo)準(zhǔn)。ATC―18聯(lián)邦公路總署推薦標(biāo)準(zhǔn)將地震分為兩種情況進(jìn)行考慮，在地震級別較低時，保證橋梁只有最小損傷，在地震級別較高時，橋梁不能出現(xiàn)倒坍現(xiàn)象，但是允許橋梁出現(xiàn)損傷情況。 ATC―18聯(lián)邦公路總署推薦標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計方法一方面要求繼續(xù)執(zhí)行現(xiàn)行的

15、AASHTO抗震性能分類，另一方面要求橋梁設(shè)計要基于位移進(jìn)行抗震設(shè)計，并有適當(dāng)?shù)姆蔷€性反應(yīng)譜可導(dǎo)出強(qiáng)度和剛度。 </p><p>　　4 橋梁抗震設(shè)計的要點(diǎn) </p><p>　?。?）橋梁抗震設(shè)計在多級設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的要求下，對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、延性變形、結(jié)構(gòu)控制、結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定也要求在多級設(shè)防的原則下進(jìn)行抗震設(shè)計。 </p><p>　　（2）對橋梁抗震性加以分析研究，某類結(jié)構(gòu)

16、不能在地震區(qū)內(nèi)修建。在分析研究原有結(jié)構(gòu)抗震性能的基礎(chǔ)上，應(yīng)提出更能適應(yīng)地震作用的結(jié)構(gòu)型。其次，對結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計不是被動地作為地震作用時結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、變位的驗(yàn)算，而是要從設(shè)計角度，提高結(jié)構(gòu)的防震能力，要系統(tǒng)考慮結(jié)構(gòu)的行為能力設(shè)計。 </p><p>　?。?）針對目前大量高架橋倒塌毀壞的教訓(xùn)，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(yù)應(yīng)力混凝土，而且對高強(qiáng)混凝土結(jié)

17、構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)的延性都需展開研究。 </p><p>　?。?）結(jié)合我國國情，研究結(jié)構(gòu)控制的有效型式，加強(qiáng)抗震措施。必須采用“以柔克剛”的設(shè)想來考慮地震區(qū)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的出發(fā)點(diǎn)，改變單純的“以剛克剛”的舊傳統(tǒng)設(shè)防觀點(diǎn)。對地裂、地面鍺動、邊坡倒塌、沙土液化時橋梁結(jié)構(gòu)如何抗震設(shè)防也應(yīng)該作深入的研究。 </p><p><b>　　5 結(jié) 語 </b></p>&

18、lt;p>　　在橋梁的抗震減災(zāi)設(shè)計中，傳統(tǒng)的抗震對策難以確保橋梁在地震中的安全性，采用橋梁減震的新技術(shù)和新結(jié)構(gòu)勢在必行，這就要求橋梁施工工作者在施工過程中多結(jié)合國內(nèi)外橋梁施工減震抗震的著名案例，將新技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐當(dāng)中，確實(shí)提高橋梁的抗震效果。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 喬東華，王磊. 橋梁結(jié)構(gòu)抗震分析方法研究

19、[J]. 山西科技. 2007（01） </p><p>　　[2] 徐旭東. 公路橋梁設(shè)計與抗震措施的探討[J]. 科技信息. 2010（20） </p><p>　　[3] 周偉群. 橋梁抗震設(shè)計有關(guān)問題分析[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品. 2010（07） </p><p>　　[4]韓令奇. 談橋梁震害分析及抗震設(shè)計[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用. 2012（02）&