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桥梁设计中抗震设计探讨

时间:2020-01-04  点击:540


       

乔长江+曾卓

摘要:地震对桥梁工程造成的破坏是非常严重的,所以,必须做好桥梁的抗震设计,以确保桥梁工程的安全。本文对桥梁设计中的抗震设计作了讨论,希望对桥梁工程的发展有利。

关键词:桥梁工程;桥梁设计;抗震设计

前言

地震是一种无法控制的自然灾害,其具有突发性和巨大的毁灭性,往往当大的地震发生时,破坏和损失是无法估量的。因此,在桥梁工程中,做好抗震设计相当必要。

1地震给桥梁带来的破坏分析

1.1地基和基础破坏

地基破坏发生的原因主要有:不均匀沉降、稳定性不足等,这些因素都可能会造成地层水平滑移、断裂、下沉,最终结构物遭到破坏。基础破坏和地基破坏之间存在非常密切的关系,一旦地震对结构周围地基产生影响,结构的强度就会变低,很容易出现基礎沉降或者滑移现象,甚至可能出现剪断、倾斜破坏等一系列现象,最终出现墩台倾斜、折断或者倒塌。

1.2支座损伤

地震惯性力会通过支座从上部结构传递到下部结构,如果传递力超过支座的承受能力,则会出现支座损伤、破坏的情况。同时支座损伤还会造成落梁破坏,并且是其发生的主要原因。支座损伤能够阻止地震荷载由上部结构传递到桥墩,保护桥梁不受损坏。

1.3落梁破坏

梁和桥墩(台)的相对位移太大时,支座的约束能力会丧失,这时导致落梁破坏。出现落梁破坏的状况为桥墩之间地震相对位移过大、支座破坏、梁问地震碰撞等等状。

1.4桥墩破坏

桥墩起着支撑桥梁上部结构的作用,地震对其造成的震害主要有以下三点:第一、墩柱因塑性铰或是其抗剪能力较差导致抗剪能力下降。第二、墩柱的箍筋约束力不行,致使韧性较差而造成破坏。第三、墩柱纵向钢筋的搭接长度不够或是同一断面主筋搭建的过多,出现薄弱断面致使桥墩发生破坏。

1.5桥台破坏

桥台支撑着桥梁并且位于其两边,一般分布于一般分布于岸边的原域填土上,用钢筋混凝土建设矩形或是三角形的支台,这一部分的抗震能力最弱。这是由于桥台的路基高且三面临空,振动大,而且桥台的刚度和下面土的刚度不同,并且两者在地震时会发生相互作用。地震发生时,土体会出现液化、震陷现象,同时桥台破坏。在地震中桥台会出现严重的破坏,如唐山胜利桥的桥台发生滑移、沉陷与倾斜后,并且两桥台侧翼墙砌体发生开裂,台身在台帽以下附近水平裂缝较大。

2桥梁设计中抗震设计的原则

2.1体系的整体性和规则性原则

要保持桥梁的整体性,这样发生地震时桥梁的结构构件和非结构构件不会被震散掉落。此外,桥梁结构的布置还要尽量实现几何尺寸、刚度及质量的均匀、规整、对称,防止出现突然的变化。

2.2结构和构件的强度和延性原则

地震会致使结构发生振动,进而破坏桥梁结构,所以抗震设计要提高结构的刚度、强度和延性,并且最大程度地降低地基传入结构的振动能量,这样能够降低破坏程度。在重量、刚度不变的情况下,有效的抗震方式为提高总体的强度和延性。

2.3能力设计原则

能力设计原则是指桥梁的强度安全度应有所不同,也就是说不同构建和不同破坏模式的强度安全度不同。这是因为不同的强度安全度能够确保桥梁结构在地震发生时呈现出延性的反应形式,而不是脆性的破坏模式。

2.4多道抗震防线原则

要使桥梁具有多道抗震防线,这样在强地震发生过程中,一道防线遭到破坏后,还有其它防线,这样桥梁不会发生坍塌。因此,在桥梁抗震设计要重视多道抗震防线的应用。

3桥梁设计中抗震设计的措施

3.1桥梁总体设计

3.1.1桥位选择

桥位应选在地质稳定、土体坚硬的场地,避开土体松软的场地。如桥位受限,难以避开土体松软的场地,则尽量使桥梁与河道正交。在松软地基上的一些特大桥、大中桥,在发生地震时很容易出现河岸滑移使桥台向河心移动的现象,导致全桥长度的缩短,如桥梁与河道斜交就会使得梁体在地震中产生扭曲破坏。

3.1.2桥型选择

不同的结构形式对地震的响应是不一样的,根据地震灾害统计数据表明,纵向落梁占桥梁震害的绝大多数,约占97%。因此在桥型选择上宜选择结构简单,整体性好,有可靠纵向、横向连接的桥型。如连续结构优于简支结构,正交桥梁优于斜桥、曲线梁桥。

3.1.3桥孔布置

在桥孔布置时,应兼顾防震能力与通过能力,以防震能力为主。一般来说,在地震多发地带宜采用等跨桥孔布置方式,两侧桥孔对称,同时采用低矮的桥墩。桥梁整体设计在满足使用要求的前提下,尽量减少梁体重量,减少没必要的附属结构,以简洁为主。

3.2桥梁结构设计

3.2.1桥梁的基础建设

桥梁的基础要尽量建设在可靠坚固的地基上,同时强化基础的刚度和整体性,并且采取有效措施降低桥梁的上部荷载,从而避免地震造成桥梁的振动和永久的不均匀变形。在可能发生地震液化的地基上建设桥梁,要采用深基础,使桩或沉井穿过可能液化的土层埋入较稳定密实的土层内一定深度。此外,在桩的上部,离地面1~3m的范围内强化钢筋布设。

3.2.2桥墩的抗震设计

桥梁的抗震设计要使桥墩某些部位的延性很强,这样该部位在强烈地震作用下能够形成稳定的延性塑性铰和弹塑性变形,从而结构的振动周期变大,消耗分散地震的破坏力。上部结构和桥墩采用完全连接的钢构体系,同时桩尖通过可液化层到达坚硬土层上,这样结构的超静定次数增加和桩尖承载能力增强,这样有利于降低土壤的变形而失效的几率。

3.2.3墩柱的抗震设计

在墩柱设计中为对墩柱形成足够的约束力,需要尽量采用螺旋形箍筋。同时墩身和基础的纵向钢盘伸入承台及盖梁需要具有一定的锚固长度,从而提高连接点的延性,此外,桥墩基脚处要有很强的抵抗墩柱弯矩与剪切力的能力,绝对不能有塑性铰接。

3.2.4地震区桥梁抗震设计

位于地震区的桥梁,其结构跨度要相等及每联连续跨内下部墩身刚度一样。有些墩身高度差距较大,则需要对各墩的刚度进行调整,如改变墩顶支座尺寸及在桩顶设置能够调整墩身的套筒,使其刚度尽可能相等。

3.3桥梁性能设计

3.3.1桥梁的整体性设计

针对常规梁桥来说,应加强桥梁纵向联系,对于简支的桥梁结构应强化桥面的连续构造,适当增加梁宽,并且加固宽度要充裕,这样能够避免主梁出现位移落梁。此外还要对支座和墩台顶盖梁的宽度进行扩宽工作,并且设立隔挡装置避免位移。

3.3.2桥梁的延性设计

传统的基于强度的抗震设计理念的缺陷,很多学者提出了强震作用下将构件进入塑性工作范围的理念进行考虑,利用结构的延性进行抗震。这种设计方法主要利用地震力修正系数对反应谱加速度的地震内力进行调整,将不同结构的延性需求反映出来。

3.3.3桥梁的强度设计

传统抗震设计主要采用基于强度的抗震设计,这种设计方法主要是指将地震力作为静荷载展开结构分析,然后将结构失效准则定义为结构构件强度、刚度是否达到极限状态。此种方法的主要缺陷是,在强震作用下,要求构件保持弹性状态,从而导致造价高昂。

3.3.4桥梁的性能设计

基于性能的抗震设计理念,其主要思想是:根据结构的重要性、用途及结构破坏后引起的后果的严重性确定其性能目标,在此基础上提出不同的抗震设防水准,使用的过程中结构具备预期的功能,使不同性能目标要求得到满足。

3.3.5桥梁的位移设计

基于位移的抗震设计理念是:结构在地震作用下产生变形,从而在宏观上表现为位移。目标位移的设置应按照不同的地震设防水准来设定,通过设计在给定水准作用下结构可以达到预先指定的目标位移,最终实现对其地震行为的有效控制。目前,基于性能的抗震设计主要往往是利用基于位移的设计来实现的。

4结语

在桥梁的设计中,抗震设计是其一个十分重要的方面,唯有不停的完善桥梁防震设计,才可以在地震的突发中保障人们的安全,还能把蓬勃的生机带到桥梁事业的发展中。


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2020-01-04

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