现代化城市桥梁抗震设计若干问题 8页

第卷第期同济大学学报年月现代化城市桥梁抗震设计若干问题范立础同济大学结构工程学院,上海,。沉摘要简要讨论了现代化城市桥梁杭震设防所涉及的几个问题,即①桥梁震害的次生灾害②大跨度桥梁的杭震设计问题③城市高架桥的杭震设计问题④城市桥梁抗震设计的设想关键词城市桥梁抗震设计中图法分类号我国是世界上多地震国家之一从一年我国大陆发生的八次较大的地震来看,具有强度大、频度高、震源浅的特点从地震构造上看,都是断裂剧烈活动的地区近十年来,我国地震活动较频繁,因而城市抗震防灾尤为重要日前,我国城市桥梁设计没有专用规范,抗震设计仍参考铁路工程或公路工程抗震规范“”,而我国公路工程抗震规范仍是基于强度抗震哲学,体现延性抗震和减隔震方面极为不足作者承担了国内大多数大跨度斜拉桥、悬索桥的抗震研究,亦承担了上海市内环线高架桥、成都路复杂立交桥的抗震研究,但常常因项目工程建设期短,又没有抗震规程约束,要求设计完全满足延性抗震或具有减、隔震措施的结构是非常困难,甚至是不可能的更要注意的是,本世纪发生的几次大地震所测得的强震记录,地面地震加速度峰值已达到一以相当于度以上的地震烈度,因而结构单靠增加强度是不可能抵御的、必须从各方面着手研究增强结构抗震性能的途径随着我国经济迅速发展,高速公路与市政建设将会进一步发展,对于桥梁抗震来说,国内外地震工程专家已逐步认识到,加强这类结构的抗震能力,不能单纯去提高它的强度抗震能力,而是要提高钢筋混凝土结构的延性或采用减、隔震措施现行的欧洲、美国、新西兰、日本等的桥梁抗震规范都很强调这方面的内容,我国是一个多地震国家,城市与公路桥梁应从长远考虑,着手制定相应的抗震指南或规范已迫在眉睫桥梁次生灾害对城市桥梁抗震设计的影响世界上多次破坏性地震都集中在城市,如年美国旧金山大地震、年日木关东大地震、年智利南部大地震、年美国阿拉斯加大地震、年日木十胜冲大地震、年中国唐山大地震,这些城市在地震中均遭到严重甚至是毁灭性的破坏,经济损失惨重地震灾害不仅是因其巨大能量造成大量地面构筑物和各种设施的破坏与倒塌,而且在地震所造成的次生灾害中,因交通生命线设施的破坏本文收到日期年月日作者男,年生,教授,博士生导师©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net 同济大学学报第卷所造成的间接损失十分巨大据文献〔统计年以来大地震所造成的经济损失,平均经济损失每十年几乎翻一番,个别的地震灾害的经济损失更是巨大,如年月日的日本阪神大地震,总损失为亿美元,约为年诺斯雷奇地震损失的五倍可见,随着现代化城市人口的大量聚集和经济的高度发展,城市防灾问题更为突出特别“”,,是年代开展国际减灾十年活动以来各发达国家十分重视我国虽处于发展中国家经济实力尚不雄厚,但对于城市的防灾减灾还是相当重视在城市防灾减灾的研究中,重要的一环是生命线工程的防灾减灾研究,其中特别是交通线上的枢纽工程桥梁近年,由于地震灾害的教训,使各国学者对桥梁抗震十分重视,开展了广泛研究从—年美国圣费尔南多地震,仅级,就显示了生命·线工程破坏的严重后果接着年美国洛马普里埃塔。地震,为级,桥梁破坏的后果再次告诫人们,现代城市交通网络中断的危害性年诺斯雷奇地震,亦仅为级,同样造成洛杉矶市高速公路上多座桥梁崩坍,严重的交通中断造成了巨大的经济损失最近的日本阪神地震,震级为级,也仅为一个中级地震,却造成大量高速公路及高速铁路桥隧的毁坏,使经济遭受巨大损失如都以当时的币值为准,这四次中等强度的地震导致城市经济总损失相应为以美元计亿,亿,亿,亿大跨度桥梁的抗震设计问题在近代发生的历次大地震中,大型桥梁倒塌和严重破坏尚无先例其原因有两方面,一方面是地震波的动力作用对长周期结构影响较小,以诺斯雷奇地震为例,图”是诺斯雷奇地震记·,这次地震对短周期的结录的反应谱曲线从图中可以看出势影响巨大,对长周期结构影响较小另一方面是大型桥梁结构都有专项桥梁抗震的研究分析,抗震措施较强亦是,具有长周期的大桥结构的震害较为少见,主要原因因而·年美国洛马普里埃塔地震,震中位于旧金山市南约处震区内有两座大桥,一座是著名的金门大桥,位于烈度度与度交界处,大桥未见震害,基本完好但在震后,州有关部门即作出对金门大桥抗震加固计划,要求具有防御度左右的抗震能力另一座是奥克兰海湾大桥,位于烈度度区,引桥公路桥面脱落,交通中断,见图年阪神地震一,震中在淡路岛北部离神户市区西部处震区内有多座大桥,、。。一主跨的双层下承式钢拱桥拱上风撑屈曲钢制辊轴支座的,支座横向位移、,锚固螺栓拉剪断裂一伸缩缝亦遭破坏其环道引桥亦因基础移位而塌落西宫港大桥为钢系杆拱,主跨,一跨引桥的公路桥面滑落图主跨,双层桥面的钢斜拉桥,边跨锚拉杆支承破坏图,,一‘,叩那一淡路大震灾兵库县南部地震考察报告向谦等阪神阪神地展展灾调查报告日本土木工程学会阪神地震震灾调查报告日本建筑学会阪神兵库县南部地展震灾调查报告育山建设株式会社©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net 第期范立础现代化城市桥梁抗震设计若干问题最受世人瞩目的是位于震中附近,建造中的明石海峡大桥地震时,主跨钢悬索桥的主缆已架好,正待吊装钢梁图所示为明石海峡大桥各塔、锚台的震后位移分布〔」,塔基的转角都小于度幸运的是,塔、锚因地面运动导致的相对位移并不大,原结构基本完好一地展加速度记录一—‘相应的反应诺加州规程中土场地的反应谱了八⋯阻尼二目奢侧训月名识城班州寨娜。‘‘一万抓冻东。翼蔽风赫⋯卜纂垂霆卜纂巍‘且女匆或且断奋若注些里一、《了产又闷目熟乏弓鑫,、白‘一阅之巴二一,感二二二二二二二丢井周期图标准反应谱与记录加速度反应讲的比较因此,在大跨桥梁抗震设计中应特别注意桥梁的选址,结构的选型桥梁结构应采取可靠的连接方式和限制变形措施,支座系统可采取减、隔震措施因大桥的重要性,应提高它的设计标歹准,必须进行场地地震危险性分析和结构非线性抗厂巨荞震时程分析要注意地震加速度的两个方向的水平分量和竖向分量在阪神地震中所得到的地震记录中,在特定条件下,各分量可几乎相等,如附表所示图与图所示为诺斯雷奇地震加速度记录与阪神地震加速度记录后一个记录即为在钢斜拉桥桥近旁的地面运动图奥克兰海湾桥引桥公路桥面大梁脱落记录,对照图的震害情况,可见地震加速度的横向分量与竖向分量作用的影响©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net ©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net 第期范立础现代化城市桥梁抗震设计若干问题纽扭尔记录垂直分量垂直分盘⋯,曰‘侧压二一『”,冲阿”一一︸,东西向分盆东西向分量把祠侧口助﹁。找侧口如目蒯卜一一研尸一⋯洲一,勺南北向分南北向分盆·山阮泌山匕“月’”一曲”’’严理叮,二一一时间时间图诺斯雷奇地震加速度记录·一。北南分盈最大值么二,色侧吕‘,一幼时间东西分,大值一,创月子泪、‘钾一一叶汁吐补解。匆时间垂直分大位舫一,甲创吕用、,一时。间,‘。近旁的地而地震加速度记录图钢斜拉桥©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net 同济大学学报第卷城市高架桥的抗震设计问题近年来,城市立交桥和高架桥在我国得到迅速发展,这些交通生命线工程的建设对改善城市交通拥挤状况,促进经济发展都起着极其重要的作用然而,在美国的诺斯雷奇地震年月日和日本的阪神地震年月日中高架结构的破坏极其严重如在诺斯雷奇地震中共计有座大型立交桥倒塌,从而导致洛杉矶西北部地区大部分高速公路的瘫痪其中高架桥破坏最严重的区域在、号公路,号和号公路交接部位阪神地震中高架桥破坏主要是在阪神高速公路和山阳新干线上,其破坏形式可归纳为因地面错动或沉降不均匀,导致桥面呈屈曲不平或桥梁侧倾因砂土液化或地裂等剧烈运动桥台向河心滑移,桥梁受挤压破坏结构铰接部位破坏导致桥梁结构断裂塌落桥墩破坏剪切或压弯导致落梁或侧倾桥墩承台或支座破坏导致落梁桥墩剪切破坏,钢筋屈曲,混凝土压碎桥墩局部鼓出破坏而沉落或侧倾桥梁横向变位过大,桥面横向错位或侧倾钢桥墩或钢梁屈服变形和焊接部位断裂钢制支座因锚杆断裂移位导致桥梁端部局部破坏,甚至落梁通过震害调查发现在最近几次地震中震害严重的桥梁都是年代前设计,按年代“”,前的规范设防那时地震规范基本上是强度设计缺少结构延性设计和结构控制概念从两次地震的震害看,对于用逐跨法印修建的高架桥,损坏严重因连续高架桥的结合部常设在跨中弯矩较小之处,结合部主要是剪力传递,构造简单,在强大地震竖,,,向与水平地震动复合作用下结合部损坏导致结构呈长悬壁状态产生断裂而塌落城市高架桥和立交桥的桥跨大都在一之间,各国大都按公路桥梁抗震规范进行抗震设计规范中所提供的设计方法都建立在简化的实用分析方法的基础上对城市桥梁上某些特殊点是无法考虑的,如各种类型的橡胶支座的广泛应用要考虑其非线性性质复杂多变立交桥型式的应用,已不能简单将其分割成单个梁式桥来做抗震设计,而要考虑整个结构空间祸连振动作用的影响等等从两次地震记录看,砂土层中,从基岩传来的地震波,经自由场地振动反应,传到地面的地震波的峰值极大诺斯雷奇地震在记录的地面地震波,竖向地震波强度几乎与水“”“”〔丁平波相同这对今后桥梁抗震设计中的地震输人与正交地震力组合如何分类考虑已引起各国专家关注日本道路协会〔‘〕,编制的道路桥梁规程中第篇为抗震设计篇最新修订本在年月颁布发行鉴于阪神地震的教训,该篇作了较大的修改桥梁动态时程分析法日本称为动解析法已作为规范采用的一种计算方法作了明确规定,并增加减隔震设计的规定城市桥梁抗震设防的设想地震作用本身是随机的,如以近两次地震记录观察,被动地以强度设防是很困难的如按©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net 第期范立础现代化城市桥梁抗展设计若干问题比,,,〕美国专家提出的新设计反应谱的建议在同样的设计烈度要求在某些不利情况下其设计地震力可增加一倍如以观测的地震记录来考虑结构设计,其地震力可增加倍,甚至倍以上,因而按结构强度设防既不可能也是不科学的按单个样本决策的错误实际震害表明,城市高架桥梁毁坏严重,其承受过大的水平力也是其原因之一,结构抗震虽不能从强度哲学出发,但这不等于强度不要设防为此我们提出以下的桥梁抗震设防的设想城市高架桥包括城市其它生命线工程一定要有多级设防标准“概念设计”与“”的原则简言,桥梁抗震设计今后要引人能力设计之要对桥梁抗震性加以分析研究,某类结构不能在地震区内修建在分析研究原有结构抗震性能的基础上,应提出更能适应地震作用的结构型其次,对结构抗震设计不是被动地作为地震作用时结构强度、变位的验算,而是要从设计角度,提高结构的防震能力,要系统考虑结构的行为能力设计桥梁抗震设计在多级设防标准要求下,对结构强度、延性变形、结构控制、结构整体稳定也要求在多级设防的原则下进行抗震设计针对目前大量高架桥倒塌毁坏的教训,必须开展对抗震支座、各种型式桥墩的延性研究,要利用约束混凝土的概念提高它的延性不但对钢筋混凝土、预应力混凝土,而且对高强混凝土结构、混合结构的延性都需展开研究,,“以柔克”要结合我国国情研究结构控制的有效型式加强抗震措施必须采用刚的设想来考虑地震区结构抗震设防的出发点,改变单纯“以刚克刚”的旧传统的设防观点对地裂、地面错动、边坡倒塌、沙土液化时桥梁结构如何抗震设防也应该作深人的研究要尽快编制城市桥梁抗震设计规程近年来,同济大学土木工程防灾国家重点实验室在桥梁抗震学科领域,深人开展下列各项研究桥墩延性与变形能力的研究桥梁结构减、隔震与结构控制研究包括抗震支座及缓冲橡胶档块深人完善大跨度桥梁空问非线性地震反应分析方法,特别是结构边界支承条件的非线性性质,主桥与引桥祸连振动,桥跨连接部位变形性能等主持编写城市桥梁抗震设计指南和设计规程分别由建设部抗震办与上海市建委标规办立项参考文献,一,,,,四一,,,」切伍,,日本道路协会道路桥示方书同解说,耐震设计编改订版东京日本道路协会出版,即,,©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net 同济大学学报第卷,,,,一,一若”””,,,””气下期文章盾构推进对相邻桩体力学影响的要预实用计算方法李永盛黄海鹰利用弹性力学开尔文解及弹性地基梁理论导出了盾构推进对相邻桩体内力及挠曲影响的计算公式,结合上海地铁一号线的实测结果进行了工程实例分析所提出的计算方法及其计算程序为预估桩体因盾构推进产生的挠曲与弯矩、确定盾构与桩体的最小允许间距等提供了定量化分析依据低功耗磁通门磁力仪的研究倪宏伟徐政史俊荣刘兆和采用间歇脉冲激励并使传感器在临界饱和状态下工作的磁通门磁力仪具有低功耗的特,改善点在检波和放大电路上采用同步解调和深度负反馈技术了磁力仪的性能©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net