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1、論述公路橋梁震害現(xiàn)象、原因及其經(jīng)驗教訓(xùn)論述公路橋梁震害現(xiàn)象、原因及其經(jīng)驗教訓(xùn)林昀昕,方鵬,陳亞釗(福州大學(xué)土木工程專業(yè)路橋方向051301614,051301605051301604)一.概述概述地震經(jīng)常發(fā)生,據(jù)統(tǒng)計全世界每年可達數(shù)百萬次,但其中絕大多數(shù)是小地震,不為人們所感覺,只有極少量震級M(見地震烈度)在5級以上的較強烈的地震會造成災(zāi)害,平均每年只有十多次。如中國1976年7月28日3時42分56秒在唐山豐南的強地震(M=7.8)
2、該地區(qū)公路中等跨度簡支梁橋的震害大都是擺柱式支座傾倒、固定支座齒板剪脫滑出,有的是墩臺傾斜,樁柱式墩的基樁折斷,甚至墩倒梁落(見圖);而柔性樁墩的雙曲連續(xù)拱橋的震害多為主拱圈和拱上建筑的小拱圈嚴重開裂,個別有主拱圈拱起而嚴重破壞。該地區(qū)的鐵路橋梁因橋墩基礎(chǔ)較好,側(cè)向剛度較強,震害嚴重程度比公路橋稍輕,如墩臺沿施工接縫處開裂或被剪斷,鋼支座的錨固螺栓被拉出而移位,但落梁事故較少。在其他多地震國家如日本,橋梁震害也以中小跨度的橋梁為多。日本
3、1964年7月新潟地震(M=7.5)時,昭和大橋因河床土層液化導(dǎo)致墩臺基礎(chǔ)大規(guī)模下沉而落梁。大跨度的懸索橋和斜張橋尚無因地震墜落的事例,但在日本一些輕便懸索橋有塔柱折斷,纜索破壞的震害。在多地震國家如日本、美國都積極開展這類大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的抗震研究。中國也正在研究地震區(qū)天津市郊建造大跨預(yù)應(yīng)力混凝土斜張橋的抗震性能。二二直接起因直接起因①在強烈地震時,地形地貌產(chǎn)生劇烈的變化(如地裂、斷層等),河流兩岸地層向河心滑移等導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的破壞;②
4、地震時河床砂土液化,地基失效,橋梁墩臺基礎(chǔ)大量下沉或不均勻下沉引起的破壞;③在地震慣性力作用下,導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)某一部分產(chǎn)生的內(nèi)力或變位超過結(jié)構(gòu)構(gòu)造和材料強度所能承受的限度,從而發(fā)生不同程度的破壞。三.抗震措施抗震措施為防止或減輕震害,提高結(jié)構(gòu)抗震能力,對結(jié)構(gòu)構(gòu)造所作的改善和加強處理,通常稱為抗震措施。各國的工程結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范對此都有明確的規(guī)定。而具體的針對性減隔震措施有:1.阻尼器、鎖定裝置和緩沖器。利用了結(jié)構(gòu)本身的延性或外加阻尼來消耗地震
5、作用的能量,以減少橋梁的主要結(jié)構(gòu)損失,這類技術(shù)在蘇通長江大橋主橋上采用過。其中鎖定裝置對結(jié)構(gòu)運動起到一種快速停止的作用,而阻尼器對結(jié)構(gòu)運動起到耗能,衰減振動的作用,從而有效減震。2.各種減隔震支座。其中包括疊層橡膠支座、鉛芯橡膠支座、鋼耗能體系、回彈滑動支座、摩擦擺支座等等。支座的設(shè)置有效地對地震進行了緩沖。地震具有突發(fā)性與毀滅性,一次地震,持續(xù)時間往往只有幾十秒,卻會造成巨大的生命財產(chǎn)損失,這是其它自然災(zāi)害無法相比的。歷來是嚴重危害人
6、類的大自然災(zāi)害,尤其是最近20年全球發(fā)生的許多次大地震,其中,多次破壞性地震都集中在城市,造成了非常慘構(gòu)每一瞬時的位移、速度和加速度反應(yīng),從而可以分析出結(jié)構(gòu)在地震作用下彈性和非彈性階段的內(nèi)力變化以及構(gòu)件逐步開裂、損壞直至倒塌的全過程。這一計算過程相當冗繁,須借助專用計算程序完成。動態(tài)時程分析法可以精確地考慮地基和結(jié)構(gòu)的相互作用,地震時程相位差及不同地震時程多分量多點輸入,結(jié)構(gòu)的各種復(fù)雜非線性因素(包括幾何、材料、邊界連接條件非線性)以及
7、分塊阻尼等問題,建立結(jié)構(gòu)動力計算圖式和相應(yīng)地震振動方程,使結(jié)構(gòu)的非線性地震反應(yīng)分析更趨于成熟與完善。4.4.Push4.Push—overover法Push—over分析方法是將地震荷載等效成側(cè)向荷載,通過對結(jié)構(gòu)施加單調(diào)遞增水平荷載來進行分析的一種非線性靜力分析方法,它研究結(jié)構(gòu)在地震作用下進入塑性狀態(tài)時的非線性性能。采用對結(jié)構(gòu)施加呈一定分布的單調(diào)遞增水平力的加載方式,用二維或偽三維力學(xué)模型代替原結(jié)構(gòu),按預(yù)先確定的水平荷載加載方式將結(jié)構(gòu)“
8、推”至一個給定的目標位移,來分析其進入非線性狀態(tài)的反應(yīng),從而得到結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的變形能力是否滿足設(shè)計及使用功能的要求。盡管這一方法還有待進一步完善,但它基本可以滿足工程要求。對于橋梁結(jié)構(gòu)來說,Pushover分析方法通常將相鄰伸縮縫之間的橋梁結(jié)構(gòu)當做空間獨立框架考慮,上部結(jié)構(gòu)通常假定為剛性,分析的初始階段是對單獨的排架墩在所考慮的方向上(順橋向或橫橋向)進行獨立的倒塌分析,以獲得構(gòu)件在單調(diào)遞增水平荷載作用下的整個破壞過程和變形特征,從而發(fā)現(xiàn)
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