桥梁工程抗震设计的概述

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  [摘要] 随着经济的不断发展,工程里面的桥梁工程成为交通网络的一个重要环节,因此加大对桥梁工程抗震的研究就显得及其重要。抗震设计就是抗震设计以及工程经验来获得基本设计原则和设计思想,从而能正确的解决结构总体方案,材料的使用,最终达到合理抗震的目的。
  [关键词] 桥梁工程;抗震设计;;概述 
  中图分类号:U41文献标识码: A
  近些年,我国各地大小地震频发,公路桥梁等交通工程在地震中遭受到严重的破坏,然而目前增强桥梁的抗震能力,加强桥梁工程抗震研究的重要性便显得十分关进。桥梁工程是交通枢纽中的重中之重,强震往往使公路桥梁遭到严重破坏,不但影响着交通的正常通行,有时可能引起二次灾害,阻碍救援工作队的进入。 
  一、对桥梁震害的概述 
  近几十年来,在全球发生了多次大地震,这就说明桥梁工程作为抗震防灾、危机管理系统的重要组成部分,在地震中必将受到严重的破坏。一旦桥梁在地震中受到破坏,就会使地震产生的次生灾害进一步加重,也给灾后重建工作带来极大的困难。桥梁是重要的社会基础设施,提高桥梁的抗震性能是减轻地震损失、加强区域安全的基本措施之一。 
  一、桥梁结构地震破坏的主要形式 
  根据桥梁过去的地震破坏情况,除了如液化、断层等凼地基失效引起的破坏以外,混凝上桥梁最常见的破坏形式有以下四种:
  (一)弯曲破坏 
  结构在水平地震荷载作用下由于过大的变形导致混凝土保护层脱落、钢筋压屈和内混凝土压碎、崩裂,结构失去承载能力。整个过程可以甩以下四个阶段来描述:①当弯矩达到开裂强度时,截面出现水平弯曲裂缝:②随着裂缝的发展和荷载强度的提高,受拉侧的纵筋达到屈服强度;⑨随着变形量的增大,混凝土保护层脱落、塑性范围扩大;④钢筋压屈(或拉断)和内部混凝土压碎、崩裂。 
   (二)剪切破坏(弯剪破坏) 
  在水平地震倚戟作用下,当结构受到的剪切力超过截而剪切强度时发生剪切破坏,整个破坏过程可以用以下四个阶段来描述:①截面弯矩达到开裂强度时,截面}乜现水平弯曲裂缝:②随着裂缝的发展和荷载强度的提高,柱内出现斜方向的剪切裂缝;③局部剪切裂缝增大,箍筋屈服导致剪切裂缝进一步增长;④发生脆性的剪切破坏。 
  (三)落梁破坏
  当梁体的水平位移超过梁端支撑长度时发生落梁破坏。落梁破坏是由于梁与桥墩(台)的相对位移过大,支座丧失约束能力后引起的一种破坏形式。发生在桥墩之间地震相对位移过大、梁的支撑长度不够、支座破坏、梁问地震碰撞等情况。 
  (四)支座损伤 
  上部结构的地震惯性力通过支座传到下部结构,当传递荷载超过支座设计强度时支座发生损伤、破坏。支座损伤也是引起落梁破坏的主要原因。对于下部结构而言,支座损伤可以避免上部结构的地震荷载传到桥墩,避免桥梁发生破坏。
  二.桥梁抗震设计 
  (一)桥梁抗震设计原则 
  性和规则性,使结构在质量、刚度、几何尺寸等方面协调匀称,避免突然变化。(2)抗震设计要力图使从地基传入结构的振动能量为最小,防止结构产生不能容忍的破坏,因此在不增加重量,不改变刚度的前提下,提高总体强度和延性是两个有效提高结构抗震能力的途径。(3)抗震设计中要采用多阶段设计方法,设计多道防线来实现结构在不同发生概率地震作用下的预期性能目标。 
  (二)桥梁抗震设计中的建议 
  (1)尽量采用连续的桥跨代替简支梁跨,进而减少伸缩缝的数量,降低在此落梁的可能性,同时也提高了桥上行车的舒适性。(2)对常规的简支桥梁结构应加强桥面的连续构造,以及需提供足够的加固宽度以防止主梁发生位移落梁,另外还应适当的加宽墩台顶盖梁及支座的宽度,并增设防止位移的隔挡装置。(3)对采用橡胶支座而无固定支座的桥跨,应加设防移角钢或设挡轨,作为支座的抗震设计。(4)在地震区的桥梁结构以采用跨度相等、每联连续跨内下部墩身刚度相等为宜。跨度不均,墩身刚度不等极易发生震害,这已经为国内外许多震害所证实。对各墩高度相差较大的情况可采用调整墩顶支座尺寸和桩顶设允许墩身位移的套筒来调整各墩的刚度,以便使之刚度尽量保持一致。(5)桥梁的基础应尽可能的建在可靠的地基上,否则软土的液化会加大地震反应。(6)地震区桥跨不宜太长,大跨度意味着墩柱承受的轴向力过大,从而降低墩柱的延性能力。 
  三、桥梁抗震设计的主要方法
  (一)桥梁抗震概念设计 
  桥梁抗震概念设计主要是根据地震灾害和工程经验来获得的基本设计原则和设计思想,在结构总体方案及材料使用等方面发挥了重要作用。合理的抗震设计,所设计出来的结构无论是在强度、刚度还是在延性等指标上都有最佳的组合。但是要指出的是,强调概念设计的重要性,不是重视数值计算,而是为了给抗震计算创造出有利条件。桥梁抗震概念主要是根据桥梁结构抗震设计的,要选择良好的抗震结构体系。 
  (二)对地震响应的分析及具体的设计方法 
  目前已经发展了多种抗震设计理论和地震响应的分析设计方法,抗震设计的静力理论只考虑了高频振动振幅的最大值。反应谱理论虽考虑了振幅和频谱,却始终未能得到明确的反映。从组成结构抗震设计理论的几个方面内容人手,静力理论对四个方面都做了极大的简化,而动力理论则有比较全面的考虑,结构和构件的动力模型更为接近实际。总之,设计原则考虑到的多种使用状态有了概率保证。 
  (三)常用的抗震设计方法 
  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)采用隔震支座和阻尼器相结合的系统 
  (2)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没计规范中加入了相应的条款。
  (3)采用隔震支座 
  (4)采用减、隔震支座(聚四氟乙烯支座,盎层橡胶支座和铅芯橡胶支座等)在粱体与墩、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粱结构的地震反应有很大的影响,在粱体与墩、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。
  (5)利用桥墩延性减震
  (6)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。 
  
  (7)(四)新型桥梁抗震设计方法 
  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。 
  
  (8)結束语
  
  (9)目前地震虽然是不可控制的,而且我国的交通运输行业仍处于建设、应用的高峰期,重视地震频发区域桥梁工程的抗震技术设计具有非常重要的现实意义。相关工作人员需要在结合社会发展要求的基础上,以桥梁抗震技术设计原则为指导思想,不断对各种抗震措施、手段进行探索与创新,使新时期的桥梁工程能够更好的为交通运输行业乃至整个经济社会的发展做出贡献。 
  参考文献 
  【1】王青,《桥梁抗震设计规范以及建筑抗震设计规范的对比分析。》,《世界地震工程》2006年第4期。
  【2】【2】范立础.桥梁抗震[M].人民交通出版社,2013. 
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