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抗震问题在道路桥梁中的原因及解决措施

作者: 发布时间:2020-02-03 12:05:32 阅读: 50 次

 

【摘要】为保障公路桥梁设施的完好,发挥其在抗震救灾中的作用,需对公路桥梁设计进行深入的抗震计算和研究。本文从研究桥梁震害的角度出发, 阐述了道路桥梁震害原因,在此基础上,提出了道路桥梁抗震的有效措施。

关键词:桥梁震害; 抗震设计; 抗震措施

 

前言

地震是威胁人类安全的主要自然灾害之一,根据中国地震局的预测,目前我国大陆已进入了第五个地震活跃期。近几年来,我国部分地区相继发生了强烈地震,造成很大的损失。。桥梁是交通的枢纽,在建设中起着举足轻重的作用,而在地震发生后为了紧急救援和抗震救灾的需要,其重要性就更为明显。因此,作为桥梁工程的抗震设计与研究便成为重中之重,实施有效的抗震设防仍然是当前防震减灾的重要工作。

一、桥梁的震害原因

1、梁的震害

地震位移造成的梁式桥梁上部活动节点处因盖梁宽度设置不足导致落梁或梁体相互磁撞引起的破坏,而对拱式结构则主要表现在拱上建筑和腹拱的破坏,拱圈在拱顶、拱脚产生的破损裂缝,甚至整个隆起变形。

2、地基震害

由于地基土的地震液化影响,同样加大了地震位移的影响,进而放大了结构的振动反应,使落梁的可能性增大。当采用排架桩基础时,则使桩基的承载力降低,从而造成与地震反应无关的过大的竖向和横向位移,而简支梁桥对此尤为明显。另外。由于地基软弱,地震时当部分地基液化失效后引起了结构物的整体倾斜,下沉等严重变形,进而导致结构物的破坏。

3、支座震害

震害较重软弱的下部结构破坏,即由于桥梁下部结构不足以抵抗其自身的惯性力和支座传递的主梁的地震力,导致结构下部的开裂,变形和失效,甚至倾覆,并由此引起全桥的严重破坏。

4、桥墩震害

在松软地基上的桥梁,特别是特大桥、大中桥、地震时往往发生河岸滑移,使桥台向河心移动,导致全桥长度的缩短,这类震害是比较严重的。

二、桥梁抗震设计

1、抗震概念设计

由于地震发生的不确定性和复杂性,再加上结构计算模型的假定与实际情况的差异“使计算设计”很难控制结构的抗震性能,因而不能完全依赖计算,结构抗震性能的决定因素是良好的“概念设计”,因此,在桥梁的方案设计阶段,不能仅仅根据功能要求和静力分析就决定方案的取舍,还应考虑桥梁的抗震性能,尽可能选择良好的抗震结构体系。在抗震概念设计时,要特别重视上、下部结构连接部位的设计,桥墩形式的选取,过渡孔处连接部位的设计以及塑性铰预期部位的选择。为了保证所选择的结构体系在桥址处的场地条件下确实是良好的抗震体系,必须进行简单的分析(动力特性分析和地震反应评估),然后结合结构设计分析结构的抗震薄弱部位,并进一步分析是否能通过配筋或构造设计保证这些部位的抗震安全性。最后,根据分析结果综合评判结构体系抗震性能的优劣 决定是否要修改设计方案。

2、延性抗震设计

结合桥梁结构弹塑性破坏的特点,一些学者提出了基于反应谱的延性抗震设计方法。该方法采用地震力修正系数调整反应谱加速度或弹性分析的地震内力,来反映不同结构的延性需求。如美国 AASHTO 桥梁设计规范就针对桥墩、基础、支座等构件,采用不同的地震反应修正系数 R 对弹性地震力进行折减,得到设计地震力。

3、性能抗震设计

基于性能的抗震设计实际上是一总体设计思想,主要指结构在受到不同水平地震(不同概率地震)作用下的性能达到一组预期的性能目标。基于性能的抗震设计是使设计出的结构在指定强度地震下的破损状态及其造成的经济损失、人员伤亡等控制在预期的目标范围内,使结构震后的功能得以延续和维持。基于性能的抗震设计的特点是使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡,将抗震设计由以保障人们生命安全为基本目标转化为不同风险水平地震作用下满足不同的性能目标,从而通过多目标、多层次的抗震安全设计来更大限度保障人民生命财产安全,满足业主所需的结构性能目标。

三、桥梁抗震的解决措施

增加结构的柔性以延长结构的自振周期,达到减小由于地震所产生的地震荷载和增加结构的阻尼或能量耗散能力以减小由于地震所引起的结构反应是实用的抗震方法。当前,比较容易实现和有效的抗震方法主要有以下几点。

1、采用隔震支座

采用减、隔震支座(聚四氟乙烯支座、叠层橡胶支座和铅芯橡胶支座等)在梁体与墩、台的连接处增加结构的柔性和阻尼以减小桥梁的地震反应,采用减、隔震支座桥梁结构的梁体通过支座与墩、台相联结。大量的试验和理论分析都表明其联结方式对桥梁结构的地震反应有很大的影响,在梁体与墩、台的联结处安装减、隔震支座能有效地减小墩、台所受的水平地震力

2、采用隔震支座和阻尼器相结合的系统

利用桥墩在地震作用下发生弹塑性变形耗散地震能量以达到减震的目的。利用桥墩的延性抗震。近20 年来,国外在桥梁减、隔震和延性抗震方面进行了许多研究,美国、新西兰和日本等在桥梁设计规范中都列入了相应的条款。

3、利用桥墩延性减震

利用桥墩的延性减震是当前桥梁抗震设计中常用的方法.桥墩延性减震是将桥墩某些部位设计得具有足够的延性,以便在强震作用下使这些部位形成稳定的延性塑性铰产生弹塑性变形来延长结构周期、耗散地震能量。在进行延性抗震设计时,按弹性反应谱计算塑性反应的地震荷载需要修正。桥梁抗震设计规范采用了综合影响系数来反映塑性变形的影响,其理论依据是,当结构进入塑性阶段时。地震荷载可以比弹性结构的地震荷载折。结构综合影响系数主要考虑了这一因素。

4、采用减震的新结构

传统的桥梁抗震设计,是从强度和延性等方面来确保桥梁具有足够的抗震能力,使之在地震作用下不垮。然而由于人们尚难以准确估计桥梁结构的抗震能力和地震作用,因而桥梁结构在地震中严重破坏或倒塌的例子很多。型钢混凝土结构是在混凝土上包裹型钢做成的结构。它与钢筋混凝土结构相比具有一系列优点,其承载力可以高于同样外形的钢筋混凝土构件承载力一倍以上,具有较好的抗剪能力,延性比明显高于钢筋混凝土结构,滞回曲线较为饱满,耗能能力有显著的提高,从而呈现出良好的抗震性能。能够隔离、吸收和耗散地震能量,同时可以节约材料,降低造价。

总之,随着人类对地震灾害深化认识和深入研究,桥梁抗震设计方法应用,将大大提高地震作用下桥梁的安全性,减轻地震损失,并为震区的震后交通生命线畅通和救灾工作的顺利提供有力保障

 

参考文献

[1] 韩鹏等.浅谈桥梁抗震设计方法与减隔震技术[J].山西建筑,2009(3).

[2] 宋恒扬. 汶川大地震桥梁震害对山区既有简支梁桥抗震加固的启示[J].西南公路, 2008,( 4) .

[3]范立础,李建中.汶川桥梁震害分析与抗震设计对策[J].公路,2009(3).