剖析如何做好桥梁抗震设计 7页

剖析如何做好桥梁抗震设计　　摘要：近年来我国城市交通事业迅猛发展，桥梁在城市发展中的作用日益显现和提高，因此客观上要求桥梁抗震效能的增强与改善。本文主要探讨了桥梁工程抗震设计相关问题，为今后桥梁设计起到借鉴作用。关键词：桥梁设计；抗震设计；桥梁加固Abstract:Inrecentyearstherapiddevelopmentoftransportationinourcountrycity,theroleofabridgeinthedevelopmentofthecityandimprovegradually,enhanceandimprovetheobjectiverequirementsofbridgeseismicperformance.Thispapermainlydiscussesthebridgeseismicdesignrelatedissues,asareferenceforthefuturebridgedesign.Keywords:bridgedesign;seismicdesign;bridgestrengthening中图分类号：U4451.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：7 1.1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、钢筋压屈和内部混凝土压碎、崩裂，结构失去承载能力。整个过程可以用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；③随着变形量的增大，混凝土保护层脱落、塑性铰范围扩大；④钢筋压屈(或拉断)和内部混凝土压碎、崩裂。1.2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截血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，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。1.3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、梁间地震碰撞等情况。1.47 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。2.桥梁抗震设计的基本原则2.1严格选择桥梁建设地点，综合评估建设地安全指数。一般桥梁建设第一步就是要选择桥梁建设的地点，桥址的选择主要有以下几方面：一、要参照地震区划图，依据地震发生概率和震级来进行初步的判断和分析，选择一些不易发生地震或者在发生地震的时候不易受到影响的相对比较安全的区域；二、要结合区域地形地势，选择便于施工，并有利于人员以及财产在发生地震灾害时疏散和转移的区域；三、要充分考虑区域地质情况，尽量选择持力层较好的区域，避免地震时土质松软导致抗震失效。2.2注重桥梁整体性设计，严格执行规范要求。一个良好的整体性桥梁设计可以增强桥梁的刚度，在地震发生时减少零碎的掉落。在进行桥梁设计的时候，不管是平面设计还是立面设计都要尽量遵守基本的科学规律，使用科学的几何尺寸，桥梁的刚度和材料的使用都必须要符合规范要求，从而来避免突然发生一些严重的物理性或者化学性变化。在进行结构设计时，桥梁的上部结构尽可能地采用连续结构。3.桥梁抗震加固技术7 地震波传到地基，使桥梁因受地震的影响而引起垂直和水平运动，导致桥梁桥体也会因此产生垂直和水平运动。桥体结构同时增加地震的荷载惯性力，加大他的变形和受力。竖直的惯性力只对不对称的、双悬臂结构的桥产生较大的地震力。3.1伸缩缝加固。设置拉杆是针对桥梁结构出现位移时的一种有效方式。其在限制结构位移的同时，也可在相邻框架间传递纵向地震力。他们之间的相互作用是复杂的，并不能用简单的弹性分析方法就能获得结果，基于伸缩缝相对复杂的模型进行的非弹性动力分析，表明他们的最大纵向位移可以通过一定的公式计算出来。另外，可使用的方式还有拓宽支撑面，螺旋连接等方式进行加固。3.2落梁抗震加固。落梁抗震加固可以从两方面入手，一方面是纵向落梁的抗震加固，一方面是横向落梁的抗震加固。横向落梁加固方面通常采用钢丝绳横向连接加固，另外可用横向挡板方式进行加固。7 3.3拱桥上部结构抗震加固技术与方法。一般来讲，大跨径拱桥比小跨径拱桥更容易遭受地震破坏；高墩台比低墩台更容易遭受地震破坏；多孔连续拱桥比单孔桥更容易遭受地震破坏；双曲拱桥比板式拱桥更容易遭受地震破坏，这些都要引起足够的重视。拱桥的加固，主要以整体加固为主，并对薄弱部分进行强化处理。1）石拱桥的加固中，在拱圈跨中，1/4跨处增设三道钢板、钢筋混凝土、预应力混凝土锚箍拱圈，对于拱上建筑的处理与梁式桥的处理方式相同。2）双曲拱桥的加固。在拱波个拱肋之间的裂缝，可以用环氧混凝土、混凝土进行压浆处理；拱板上增设钢筋网并用混凝土填筑，厚度应达10cm；钢筋网的搭接应保证了拱圈的整体性；拱肋之间采用加强筋或梁进行连接；对桥墩、桥台的放拱脚处采用加强钢筋再浇筑混凝土进行增强处理，此时要注意负弯矩作用的影响。4.抗震设计中应注意的要点分析4.1上部结构抗震设计。应根据跨径大小，采用相应的上部结构和截面型式，跨径较大时，宜采用箱型截面，因为该形式具有较大的抗扭刚度和抗震性能。实践证明，加强上部结构的整体性，限制其位移，是提高桥梁上部结构抗震能力的有效措施。对于梁桥，用连续梁替代简支梁可减少伸缩缝，从而减少因桥跨分离产生位移导致的落梁事故;当采用多跨简支梁时，应加强梁间的纵、横向联系，将桥面做成连续，或采用先简支后结构连续的构造措施。采用真空压浆方法，保证预应力管道水泥浆饱满对提高预应力桥梁的强度和刚度很有帮助。在同一座桥上不宜拱式与梁式桥型混合一起，否则，应将其衔接部位的桥墩予以加强。拱桥主拱圈宜采用抗扭刚度较大的箱形拱、板拱等。空腹式拱桥宜减少填料厚度。当采用肋拱时，则应采用钢筋混凝土结构，并在拱顶、1/4、3/4跨度处设横隔板，加强肋间的横向联系。4.27 下部结构抗震设计。宜采用U形或T形桥台形式，并将桥台布置在地基相对稳定的位置。由于重力式桥台抗震性能较柱式桥台和带耳墙的埋置式桥台好，且施工方便，造价低廉，故在条件允许情况下，应优先选用。钢筋混凝土桥墩的延性比石砌或混凝土预制块砌筑的桥墩好，空心截面桥墩的延性优于实心截面的桥墩，因此应考虑在实际应用中选择空心截面的钢混结构桥墩，并根据桥墩的高度选择合理的上部结构与下部结构的联接形式，如高墩桥梁宜采用有选择性的刚性连接，矮墩桥梁则应采用支座连接方式。4.3连接件的抗震设计。支座和伸缩缝等连接件是桥梁整体抗震性能上的一个薄弱环节，且梁体位移多发生在伸缩缝位置，因此应在设计中尽量减少伸缩缝的用量。选用伸缩缝时，应使其变形能力满足预计地震产生的位移，并使伸缩缝的支承面具有足够宽度，同时应设置限位器与剪力键橡胶支座使其具有一定的消能作用。通常在梁底部加焊钢板，或加纵、横向挡块限制支座位移和滑动。铅芯-橡胶支座把水平柔性、阻尼能力、弹性恢复力、竖向承载力融为一体，既能满足正常使用功能，又能在地震时延长自振周期，增大阻尼耗散能量，减少结构构件的损伤，故应在高烈度区简支梁设计中推广使用。4.47 抗震装置的设计。目前在桥梁抗震设计中应用较为普遍的方法是弹性反应谱抗震法，这种设计具有计算相对简单并与现有的规范计算方法接近的优点。但应注意的是，由于抗震装置的等效刚度和等效阻尼的计算与抗震装置在地震中的最大变形程度有关，抗震装置的变形又与整个桥梁的地震响应程度有关，因此其设计过程应是在不断完善和变化的。具体计算中，需要设计师对桥梁结构地震响应的程度有较好的预估能力，依据经验初步制定设计方案，并采用一系列时程来分析和验证其设计合理性。结束语：总而言之，在桥梁的抗震性能设计的过程中，有许多需要注意的地方，只有不断地进行探索和研究，才能保证桥梁的抗震性能是优良的，所以还需要不断的努力，桥梁才能有良好的抗震性能，在地震发生的时候，才能保证人们的生命和财产的安全。7