大跨度鐵路斜拉橋抗震設(shè)計(jì)方法初探

1、申請(qǐng)同濟(jì)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文大跨度鐵路斜拉橋抗震設(shè)計(jì)方法初探培養(yǎng)單位：土木工程學(xué)院（填所在院、系、所）一級(jí)學(xué)科：土木工程二級(jí)學(xué)科：橋梁工程研究生：馬坤全指導(dǎo)教師：范立礎(chǔ)院士一五年六月摘要摘要由于斜拉橋具有造型美觀、跨越能力強(qiáng)、跨徑布置靈活和施：干擾少等特點(diǎn)，并具有良好的力學(xué)性能及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，因此，自上世紀(jì)年代以來，現(xiàn)代斜拉橋發(fā)展非常迅速，跨徑不斷增大，技術(shù)不斷進(jìn)步，目前我國(guó)在建的蘇通大橋主跨已破千米大關(guān)，達(dá)；大跨度鐵路斜拉橋的建設(shè)也不甘落后，目前丹麥已建成主跨的厄勒海峽橋，列車最高時(shí)速達(dá)公里；隨著主跨的公鐵兩用斜拉橋一蕪湖大橋于年建成通車，我國(guó)大跨度鐵路斜拉橋的建設(shè)也已進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期，我國(guó)

2、正在設(shè)計(jì)研究主跨大于的客貨混跑的鐵路斜拉橋。由于鐵路列車活載大、運(yùn)行速度高以及列車運(yùn)行平穩(wěn)性和旅客乘坐舒適性要求高，因而大跨度鐵路斜拉橋除需具備合理的結(jié)構(gòu)受力體系，較好的抗風(fēng)、抗震性能外，還需要具有較大的豎、橫向剛度。就大跨度鐵路斜拉橋抗震設(shè)計(jì)而言，應(yīng)包括兩個(gè)方面，其一是結(jié)構(gòu)的抗震性能設(shè)計(jì)，其二是地震時(shí)鐵路列車走行安全性分析。前者因荷載及結(jié)構(gòu)體系與大跨度公路斜拉橋有所不同，其抗震性能仍需另行研究，后者則是因鐵路列車運(yùn)行方式的特殊性而產(chǎn)生的大跨度鐵路斜拉橋抗震設(shè)計(jì)研究獨(dú)有的問題。因此，本文為滿足大跨度鐵路斜拉橋合理抗震設(shè)計(jì)的需要，比較系統(tǒng)地探討大跨度鐵路斜拉橋抗震設(shè)計(jì)方法。其主要內(nèi)容如下：（）總

3、結(jié)分析國(guó)內(nèi)外大跨度鐵路斜拉橋的建設(shè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，闡明其結(jié)構(gòu)體系及其抗震設(shè)計(jì)特點(diǎn)；在整理分析國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有鐵路橋梁及大跨度公路斜拉橋抗震設(shè)計(jì)方法研究成果的基礎(chǔ)上，提出大跨度鐵路斜拉橋抗震設(shè)計(jì)中存在的主要問題及需解決的研究課題。（）從橋梁抗震設(shè)計(jì)的機(jī)理出發(fā)，通過總結(jié)分析一些國(guó)家或地區(qū)普通橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)重要性等級(jí)最高的橋或大跨度橋梁的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)及抗震性能要求的規(guī)定，并參考國(guó)內(nèi)外公路及鐵路橋梁抗震研究成果，針對(duì)大跨度鐵路斜拉橋的實(shí)際結(jié)構(gòu)體系和使用功能要求，提出大跨度鐵路斜拉橋的二級(jí)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)及其抗震性能目標(biāo)，并對(duì)其兩階段抗震設(shè)計(jì)思想進(jìn)行初步闡述。（）以我國(guó)擬建的某主跨為的雙塔雙索面公鐵兩用斜拉橋

4、為實(shí)例，初步探討大跨度鐵路斜拉橋抗震“概念設(shè)計(jì)”方法。（）通過對(duì)大跨度公鐵兩用斜拉橋動(dòng)態(tài)時(shí)程地震響應(yīng)分析及塔梁連接阻尼器參數(shù)摘要敏感性分析，詳細(xì)討論大跨度鐵路斜拉橋地震響應(yīng)動(dòng)態(tài)時(shí)程分析法及塔、梁間連接裝置的合理設(shè)計(jì)和參數(shù)的優(yōu)化方法。（）以隨機(jī)振動(dòng)理論為基礎(chǔ)，采用輪軌蠕滑理論，建立車一橋空間耦臺(tái)振動(dòng)系統(tǒng)地震響應(yīng)計(jì)算模型，計(jì)算分析地震時(shí)列車通過大跨度斜拉橋的走行性，并對(duì)地震發(fā)生時(shí)，各種類型列車過橋的抗脫軌安全性進(jìn)行討論和檢算。初步提出地震時(shí)列車通過大跨度鐵路斜拉橋的運(yùn)行安全性標(biāo)準(zhǔn)，初步探討地震作用時(shí)，列車與大跨度鐵路斜拉橋系統(tǒng)空間耦合振動(dòng)分析理論，編制地震時(shí)車橋系統(tǒng)空間耦臺(tái)振動(dòng)響應(yīng)計(jì)算軟件，并實(shí)際

5、應(yīng)用于地震發(fā)生時(shí)列車過橋的安全性及平穩(wěn)性檢算與評(píng)估。（）根據(jù)本文研究結(jié)果，并借鑒國(guó)內(nèi)外大跨度橋梁抗震設(shè)計(jì)研究成果，總結(jié)提出可直接應(yīng)用于工程實(shí)踐的大跨度鐵路斜拉橋抗震設(shè)計(jì)實(shí)用方法及其操作流程。關(guān)鍵詞：鐵路橋梁、大跨度斜拉橋、抗震設(shè)計(jì)、列車走行性、車橋耦合振動(dòng)，（）（）（），。，：，一一，“。，“?！?，：學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本人完全了解同濟(jì)大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意如下各項(xiàng)內(nèi)容：按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版關(guān)部門或者機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版；在不以贏利為目的的前提下，學(xué)?？梢赃m當(dāng)復(fù)制論文的部分或全部?jī)?nèi)容用于學(xué)術(shù)活動(dòng)。學(xué)位論文作者簽名：島每易個(gè)。歲年月日經(jīng)指導(dǎo)教師

6、同意，本學(xué)位論文屬于保密，在年解密后適用本授權(quán)書。指導(dǎo)教師簽名：學(xué)位論文作者簽名：年月日年月目本；學(xué)校有權(quán)保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，并采用影印、縮印、掃描、數(shù)字化或其它手段保存論文；學(xué)校有權(quán)提供目錄檢索以及提供本學(xué)位論文全文或者部分的閱覽服務(wù)；學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國(guó)家有同濟(jì)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開發(fā)表或者沒有公開發(fā)表的作品的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任由本人

7、承擔(dān)。簽名：馬腳個(gè)口歲年月日第一章概述第一章概述大跨度鐵路斜拉橋建設(shè)概況與結(jié)構(gòu)體系建設(shè)概況斜拉橋具有造型美觀（平行雙索面、斜索面或中央單索面配以各種不同造型的橋塔，形成剛性塔和輕型漂浮橋面的風(fēng)格，或者剛性橋面輔以挺拔塔柱的另一種姿態(tài)）、跨越能力強(qiáng)（斜拉索作為一種拉索結(jié)構(gòu)，比梁式橋有更大的跨越能力，而且由于拉索的自錨特性，不需要如同懸索橋那樣的巨大錨碇，在河口海岸的軟土地基上需要建造大跨度橋梁時(shí)，具有競(jìng)爭(zhēng)力和可行性）、跨徑布置靈活（在特定的地形條件下布置斜拉橋，中跨很大，邊跨很小，可采用部分地錨，如西班牙盧納橋和我國(guó)鄖陽漢江橋兩座大跨度混凝土斜拉橋，邊主跨比僅為及）和施工干擾最少（斜拉橋適合于預(yù)

8、制節(jié)段懸拼或掛藍(lán)懸澆，對(duì)航運(yùn)的干擾最少）等特點(diǎn)，并具有良好的力學(xué)性能及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。因此，自上世紀(jì)年代以來，現(xiàn)代斜拉橋發(fā)展非常迅速，跨徑不斷增大，技術(shù)不斷進(jìn)步。目前國(guó)內(nèi)外已建成的主跨以上的斜拉橋已超過座，其中我國(guó)也已建成主跨大于的斜拉橋座左右口。盡管大跨度斜拉橋己在世界范圍內(nèi)得到飛速發(fā)展，其最大主跨己達(dá)，并且突破千米大關(guān)只是時(shí)間問題”，但由于鐵路列車活載大、運(yùn)行速度高及列車運(yùn)行穩(wěn)定性和旅客舒適性要求高等特點(diǎn)，因而要求大跨度鐵路斜拉橋除具備合理的結(jié)構(gòu)受力體系，較好的抗風(fēng)、抗震性能外，還需要具有較大的豎、橫向剛度，因此，大跨度鐵路斜拉橋發(fā)展相對(duì)滯后。目前，世界范圍內(nèi)己建成的主跨以上的鐵路（均為公鐵兩用

9、模式）斜拉橋約為座，列車最高時(shí)速為。表表示國(guó)內(nèi)外已建成的主跨以上鐵路斜拉橋主要特征，其中，巖黑島橋和柜石島橋，”，設(shè)計(jì)時(shí)為四線鐵路，其中兩線為既有線，設(shè)計(jì)行車速度為，另外兩線為新干線，設(shè)計(jì)行車速度為，建成至今，只開通了兩線。由表可知，目前世界上已建成的大跨度鐵路斜拉橋（主跨）均為雙塔雙索面三跨連續(xù)體系，邊跨根據(jù)需要確定是否設(shè)置輔助墩，主梁均采用豎、橫向剛度較大的桁架式或鋼格子梁形式，公路橋面均采用鋼或混凝土橋面板體系，而鐵路橋面則根據(jù)具體情況分別采用結(jié)合梁體系或縱、橫梁橋面體系。但上述已建成的大跨度鐵路斜拉橋的鐵道載荷標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)低于我國(guó)的中活載（如日本巖黑島橋和柜石島橋的鐵路活第一章概述載每延米僅

10、，加載長(zhǎng)度也限制為（）及（），相當(dāng)于我國(guó)的地鐵客運(yùn)荷載：香港汲水門大橋的鐵路荷載采用的是節(jié)軸重車輛或節(jié)軸重車輛或個(gè)相距米的集中荷載，疲勞荷載采用節(jié)軸重車輛鴨丹麥厄勒海峽橋設(shè)計(jì)鐵路活載標(biāo)準(zhǔn)為活載）”。并且列車設(shè)計(jì)速度（）也低于我國(guó)高速鐵路設(shè)計(jì)時(shí)速達(dá)，基礎(chǔ)設(shè)施還應(yīng)滿足的要求隨。表已建成鐵路斜拉橋（主跨）概況序號(hào)橋名巖黑島橋柜石島橋汲水門橋厄勒海峽橋國(guó)家日本日本中國(guó)香港丹麥橋面類型上層鋼橋面板下層縱橫粱體系上層鋼橋面板下層縱橫梁體系結(jié)合粱上層混凝土板結(jié)合橋面下層正交異性板道碴橋面續(xù)表跨徑）竣工笠鐵路設(shè)計(jì)時(shí)速（，）邊跨與主跨比已建成鐵路斜拉橋（主跨，）概況塔數(shù)序號(hào)橋名巖黑島橋柜石島橋汲水門橋厄勒海峽橋

11、結(jié)構(gòu)體系塔粱連桿吊拉塔粱連桿吊拉梁馬灣塔固結(jié)索面數(shù)主梁形式桁架桁架鋼格子梁華倫式鋼桁粱梁高（）梁寬（）高跨比續(xù)表已建成鐵路斜拉橋（主跨）概況序號(hào)橋名巖黑島橋柜石島橋汲水門橋厄勒海峽橋?qū)捒绫龋髅嫘螤钌刃紊刃紊刃紊刃螛蛩M向形式折線形折線形形塔高（）塔高與跨徑比備注雙層行車雙層行車砼邊跨取層行車：表中塔高為從橋面至塔項(xiàng)的高度。主跨的公鐵兩用斜拉橋一蕪湖大橋于年建成通車【，標(biāo)志著我國(guó)鐵路斜拉橋的建設(shè)己進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期，即將開工建設(shè)的武漢天興洲公鐵兩用長(zhǎng)江大橋即為主跨的客貨混跑的三線斜拉橋【，京滬高速鐵路南京越江工程橋梁方案一上元門大橋也為主跨的鐵路斜拉橋【】，其最高設(shè)計(jì)時(shí)速達(dá)以上。由此表明，我

12、國(guó)鐵路斜拉橋的建設(shè)將向更大跨度、更高車速方向發(fā)展，并進(jìn)入世界鐵路斜拉橋建設(shè)的先進(jìn)行列。結(jié)構(gòu)體系（）結(jié)構(gòu)總體布置第一章概述大跨度鐵路斜拉橋可根據(jù)地質(zhì)、水文及通航條件分別布置成獨(dú)塔、雙塔及多塔形式。在總體布置方面，獨(dú)塔斜拉橋省去了一個(gè)橋塔，其獨(dú)塔的塔基可選擇建在地基較好的一岸，從而降低了塔基造價(jià)，免去了在地基較差一岸修建塔基的昂貴費(fèi)用；獨(dú)塔斜拉橋的主梁由于平衡孔只需一個(gè)，主梁總長(zhǎng)比雙塔的短；此外其斜索的用量在一般情況下，與雙塔的用量相差無幾。在動(dòng)力性能方面，獨(dú)塔斜拉橋的整體剛度通常較高，容易滿足列車運(yùn)行穩(wěn)定性及旅客舒適度要求，并且有良好的抗風(fēng)性能，其抗震性能也由于不具有雙塔之間地震波的相位差而較佳

13、；在其靜力性能方面，獨(dú)塔斜拉橋的活載撓度較雙塔小，無索區(qū)長(zhǎng)度也可較大。為使獨(dú)塔斜拉橋受力合理，造型優(yōu)美，在其設(shè)計(jì)中可采取如下措施：（）為了能用較短邊跨平衡較大的中跨，邊跨要用重型混凝土；或采用主跨為鋼主梁而邊跨為混凝土主粱的混合梁體系。（）由于中跨傾覆力矩較大，為此，可將豎直的塔身稍稍向后傾斜，傾斜角約在之間。（）吊住前方中跨的斜拉索宜用密索體系（索距可減小到），并用鍍鋅或銀灰色的油漆，顯得斜拉索網(wǎng)好象面紗一樣輕薄，而不壓住中跨。而邊跨的斜拉索距就要大一些，甚至將幾根合而為一，顯得它既有很大的平衡拉力，又給人以能夠承受壓力的感覺。（）由于主跨索距較小，兩索間彎矩不大，主梁梁高可設(shè)計(jì)得較低。（）

14、從結(jié)構(gòu)方面考慮，宜在邊跨加設(shè)個(gè)輔助墩，使它能產(chǎn)生拉力作用。這個(gè)橋墩地面以上的尺寸不宜過大，而地面以下的基礎(chǔ)部分可按平衡力矩的需要加以擴(kuò)大。雙塔斜拉橋是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最多的大跨度公鐵兩用斜拉橋的形式。雙塔斜拉橋因其橋塔被尾索和錨墩有效支承，所有荷載大部分變?yōu)檩S向力由主粱、橋塔和斜拉索承受，因而，活載作用下主梁和橋塔中的彎矩較小。雙塔三跨斜拉索作為一種自錨體系，在一定的跨徑范圍內(nèi)，將優(yōu)于其他類型的橋梁。但雙塔斜拉橋隨其跨度的增大而逐漸將水平力累積到主梁跟部（橋塔處），從而使主梁跟部的軸向力增加到很大值，如果主粱截面積較小，由此而產(chǎn)生的軸向壓應(yīng)力就會(huì)很大，同時(shí)，還會(huì)由于主梁截面抗彎模量小，而導(dǎo)致主粱的壓

15、屈失穩(wěn)。如果加大主梁的截面，則使造價(jià)明顯增加。為此，可考慮采用多塔斜拉橋。就多塔斜拉橋而言川，其中間的橋塔，既無尾索也無錨墩，在一側(cè)活載作用下會(huì)第一章概述在橋梁主梁和橋塔中產(chǎn)生較大的彎矩和位移，于是斜拉橋的優(yōu)點(diǎn)就消失了。對(duì)于鐵路斜拉橋，亦不利于列車運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定性。雖然通過增大橋塔和基礎(chǔ)的尺寸從而增強(qiáng)中間橋塔的剛度能克服上述不足，但相應(yīng)的造價(jià)則顯著增加。用纜索來增加中間橋塔的剛度則是獨(dú)具風(fēng)格的加勁體系。但加勁體系的加勁效率與基本體系中塔梁連接情況有關(guān)，對(duì)活載作用下漂浮體系的彎矩降低尤其顯著，但此時(shí)塔跟部沿橋軸向的風(fēng)荷載彎矩較大，采用加勁索的外錨方式可以解決這個(gè)問題。此外，加勁索的加勁效率還與加勁索的

16、剛度有關(guān)，當(dāng)索較長(zhǎng)時(shí)，加勁索在恒載作用下的初始應(yīng)力必須保證定水平。在保持加勁索的應(yīng)力水平條件下，增加其面積可以提高加勁效率。（）斜拉索的布置斜拉索的布置與所采用的跨度比有密切的關(guān)系，其合理布置形式應(yīng)為由外荷載產(chǎn)生的主梁的正、負(fù)最大彎矩的絕對(duì)值能達(dá)到大致相等。為此，邊跨上段斜索在主粱上安裝位置應(yīng)盡量靠近端部橋墩，并將邊跨的其他斜索固定于邊跨等分點(diǎn)附近，主跨一側(cè)斜索在主梁上的錨固位置宜與邊跨布置基本對(duì)稱或者按照跨度比的關(guān)系，上段斜索在主梁上的安裝間距稍微大一些。至于斜拉索在索面內(nèi)的布置形式主要有放射形、扇形和豎琴形三種，從受力及經(jīng)濟(jì)角度來看，放射形較優(yōu)。但放射形的斜索集中匯交于塔頂上，塔頂構(gòu)造細(xì)：

17、岢較為復(fù)雜。而豎琴形因所有斜索的斜角相同，而使其塔上錨周點(diǎn)的間距較大。扇形布置則介于兩者之間，它的斜索垂直分力小于放射形而大于豎琴形，水平分力大子放射形但小于豎琴形，并且塔上錨固的間距亦介于放射形和豎琴形之間。因此，大跨度鐵路斜拉橋宜采用扇形布置。（）斜素的錨拉體系與粱體的支承體系斜拉橋大多采用自錨式。自錨式斜拉橋的塔前側(cè)斜索分散錨固在主跨粱體上，而塔后側(cè)的斜索除最后一根錨固在端支點(diǎn)處之外，其余則分散錨固在邊跨梁上，或集中一部分斜索錨固在端支點(diǎn)附近的梁體上。錨固在端支點(diǎn)處的最后一根（組）斜索一般具有較大的截面，它被稱為端錨索或尾索，是斜索體系中的最重要的一根（組）斜索，它的索力最大，對(duì)控制塔頂

18、變位起重大作用，在自錨體系中，斜索的水平分力由梁體的軸力來平衡。斜拉橋的梁體除了用斜索以彈性支點(diǎn)的形式來支承外，在縱，橫、豎三個(gè)方向均應(yīng)在邊墩及塔墩上有所支承。第一章概述（）豎向支承：一般在邊墩、輔助墩及橋塔處皆設(shè)有支座，將主梁支承于墩頂及橋塔（或塔柱間的橫梁上）上。（）橫向支承：一般在端支點(diǎn)和中間支點(diǎn)（塔墩）處皆設(shè)有橫向支座來共同抵抗橫向水平力。為提高大跨度斜拉橋的抗震安全性，宜在邊墩頂及輔助墩上設(shè)置橫向限位構(gòu)件，構(gòu)件的強(qiáng)度由橋墩或其基礎(chǔ)的強(qiáng)度控制。這樣，一旦地震反應(yīng)超過了限位構(gòu)件的強(qiáng)度，則構(gòu)件破壞失效，橋面系的慣性力不會(huì)傳遞到橋墩中，從而橋墩的安全性得到了保證。同時(shí)，如采用橡膠緩沖擋塊等，

19、則抗震效果會(huì)更好。（）縱向支承：縱向支承條件的決定要考慮地震慣性力、溫度的變化、制動(dòng)力和風(fēng)力等引起的縱向位移量。特別是縱向地震力，它隨支承條件的不同會(huì)有很大的變化，對(duì)溫度變化的影響要考慮結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力和鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的伸縮量，縱向風(fēng)力有時(shí)也會(huì)控制桁梁形式的主梁設(shè)計(jì)。塔梁縱向連接方式主要有：（）塔梁不對(duì)稱約束體系：左塔處設(shè)固定鉸支座，右塔處設(shè)滑動(dòng)鉸支座；（）半飄浮體系：雙塔和主梁均設(shè)有縱向滑動(dòng)鉸支座：（）塔粱固定鉸支承體系：雙塔和主梁均設(shè)固定鉸支座；（）塔梁彈性約束體系：雙塔與主梁之間采用縱向彈性約束裝置，如彈性索等；（）阻尼減震支座：雙塔與主粱之間設(shè)置抗震支座、阻尼器等裝置。綜合分析可知，為確

20、保塔底的內(nèi)力和梁端位移均相對(duì)較小，（），（）兩種塔梁縱向連接方式值得推薦，尤其是阻尼減震支座的應(yīng)用，既可減小結(jié)構(gòu)原有的縱向剛度而減小地震的影響，又可減小溫度影響。阻尼減震支座在力學(xué)觀點(diǎn)上是比較理想的，應(yīng)著手對(duì)其進(jìn)行深入的設(shè)計(jì)研究。橋梁震害分析橋梁震害現(xiàn)象，地震對(duì)橋梁的破壞現(xiàn)象，系統(tǒng)地揭示出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工中的缺陷，甚至是最微小的缺陷。從歷次破壞性地震中，人們經(jīng)過調(diào)查總結(jié)發(fā)現(xiàn)，橋梁的震害主要表現(xiàn)為：（）上部結(jié)構(gòu)的破壞：上部結(jié)構(gòu)自身因直接的地震動(dòng)力效應(yīng)而毀壞的現(xiàn)象極為少見，但因支承連接件失效或下部結(jié)構(gòu)失效等引起的落梁現(xiàn)象，在破壞性地震中常有發(fā)生。從梁體下落的形式看，有順橋向的、也有橫橋向的和扭轉(zhuǎn)滑移

21、的，但統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，順橋向的落梁占絕大多數(shù)。梁在順橋向發(fā)生墜落時(shí)，梁端撞擊橋墩側(cè)壁，給下部結(jié)構(gòu)帶來很第一章概述大的破壞。（）支承連接件破壞：橋梁支座、伸縮縫和剪力鍵等支承連接件歷來被認(rèn)為是橋梁結(jié)構(gòu)體系中抗震性能比較薄弱的一個(gè)環(huán)節(jié)，橋梁支承連接部位的震害較為普遍。由于支承連接部位的破壞會(huì)引起力的傳遞方式的變化，從而對(duì)結(jié)構(gòu)其他部位的抗震產(chǎn)生影響，進(jìn)一步加重震害。在我國(guó)海城、唐山地震中，就有不少支座破壞以及連接措施不當(dāng)引起落梁的例子。（）橋臺(tái)、橋墩破壞：嚴(yán)重的破壞現(xiàn)象包括墩臺(tái)的倒塌、斷裂和嚴(yán)重傾斜；對(duì)鋼筋混凝土橋臺(tái)和橋墩，破壞現(xiàn)象還包括橋墩輕微開裂、保護(hù)層混凝土剝落和縱向鋼筋屈曲等。（）基礎(chǔ)破壞：擴(kuò)

22、大基礎(chǔ)自身的震害現(xiàn)象極少發(fā)現(xiàn)，然而有時(shí)因不良的地質(zhì)條件，也會(huì)出現(xiàn)沉降、滑移等；樁基礎(chǔ)的承臺(tái)由于體積、強(qiáng)度和剛度都很大，因此也極少發(fā)生破壞，但樁基的破壞現(xiàn)象則時(shí)有發(fā)生，尤其是對(duì)深基礎(chǔ)。由于現(xiàn)代斜拉橋的歷史不長(zhǎng)，遇到強(qiáng)震的情況很少。另一方面，斜拉橋是一種長(zhǎng)周期的柔性結(jié)構(gòu)，地震荷載作用下內(nèi)力反應(yīng)一般不起控制作用而由位移控制；并且隨著大跨度橋梁的發(fā)展，人們對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震越來越重視，對(duì)大型結(jié)構(gòu)的抗震性能要求作專題研究，以確保結(jié)構(gòu)的安全性。因此對(duì)斜拉橋的震害報(bào)道較少。盡管如此，在最近幾次大地震中，大跨度斜拉橋也出現(xiàn)了遭受震害的實(shí)例，主要表現(xiàn)為邊跨脫落、支承系統(tǒng)以及細(xì)部結(jié)構(gòu)的破壞。在年阪神地震中，位于地震區(qū)的

23、主跨的雙層橋面鋼斜拉橋邊跨橋墩上的鋼搖軸栓釘脫落；而在年臺(tái)灣集集大地震中，一座斜拉橋的主塔根部也遭到嚴(yán)重破壞。橋梁震害成因，橋梁震害產(chǎn)生的內(nèi)因，基本可以歸結(jié)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和構(gòu)造兩方面的缺陷，并可總結(jié)歸納為以下幾類：（）由于支承連接件失效所致一在地震中，如果支承連接件不能承受上、下部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位移，支承連接件就可能失效。支承連接件失效的原因，主要是低估了相鄰梁跨之間的相對(duì)位移。過去在計(jì)算上部結(jié)構(gòu)的地震位移反應(yīng)時(shí)，方面使用了偏低的設(shè)計(jì)地震力，另一方面往往使用全截面而非開裂后的截面來計(jì)算剛度，人為地低估了設(shè)計(jì)位移值。第一章概述（）由于下部結(jié)構(gòu)失效所致一下部結(jié)構(gòu)失效，主要指橋墩和橋臺(tái)失效。由于墩臺(tái)失效，其

24、支承的上部結(jié)構(gòu)也將遭到嚴(yán)重的破壞。鋼筋混凝土橋墩大量遭受嚴(yán)重破壞，是近期橋梁震害的個(gè)特點(diǎn)。橋墩遭受破壞的內(nèi)因主要包括：（）設(shè)計(jì)抗彎強(qiáng)度不足。（）設(shè)計(jì)抗剪強(qiáng)度不足。（“）構(gòu)造缺陷。即橫向約束箍筋數(shù)量不足和間距過大，因而不足于約束混凝土和防止縱向受壓鋼筋屈曲；縱向鋼筋在墩底搭接或焊接：縱筋在橋墩中過早切斷；縱向鋼筋和橫向鋼筋錨固長(zhǎng)度不足；箍筋端部沒有作成彎鉤等。（）由于軟弱地基失效所致。如果下部結(jié)構(gòu)周圍的地基易受地震震動(dòng)而變?nèi)醯脑?，下部結(jié)構(gòu)就可能發(fā)生沉降及水平方向移動(dòng)。對(duì)建造于松散飽和砂土層的基礎(chǔ)，由于地基的液化會(huì)導(dǎo)致承載力的嚴(yán)重下降，還可能導(dǎo)致岸坡滑移并對(duì)墩、臺(tái)形成巨大的擠壓力，從而引起墩臺(tái)的倒

25、塌或折斷。因此，在橋梁選址時(shí)，應(yīng)盡量避開活動(dòng)斷層及其臨近地段，避開危及橋梁結(jié)構(gòu)安全、有可能滑坡或崩塌地段，避開有可能液化的軟弱土層地段。如果無法避開上述地段，則應(yīng)考慮對(duì)地基進(jìn)行處理或采用深基基礎(chǔ)。橋梁震害啟示【，總結(jié)橋梁震害教訓(xùn)，尤其是最近十年來的橋梁震害教訓(xùn)，得到以下一些重要的啟示：（）橋梁抗震設(shè)防應(yīng)采用性能設(shè)計(jì)原則。即在考慮工程造價(jià)、結(jié)構(gòu)遭遇地震作用水平、緊急情況下維持交通能力的必要性以及結(jié)構(gòu)的耐久性和修復(fù)費(fèi)用等因素下，定義橋梁的重要性及其容許的損壞程度（性能）。（）橋梁抗震設(shè)計(jì)應(yīng)同時(shí)考慮強(qiáng)度和延性，尤其注重提高橋梁結(jié)構(gòu)整體和鋼筋混凝士橋墩的延性能力。（）重視采用減隔震的設(shè)計(jì)技術(shù)，以提高橋

26、梁的抗震性能。（）對(duì)復(fù)雜橋梁（包括大跨度橋梁），強(qiáng)調(diào)進(jìn)行空間動(dòng)力時(shí)程分析的必要眭。（）重視橋梁支座的作用及其設(shè)計(jì)，同時(shí)開發(fā)更有效的防止落梁裝置。大跨度鐵路斜拉橋抗震研究現(xiàn)狀鐵路橋梁抗震設(shè)計(jì)方法（）我國(guó)現(xiàn)有鐵路橋梁抗震設(shè)計(jì)方法及其缺陷自從以反應(yīng)譜法代替靜力法咀來，以強(qiáng)度為基礎(chǔ)的彈性抗震設(shè)計(jì)方法因概念明確、簡(jiǎn)單易行的優(yōu)點(diǎn)已廣泛為工程界所接受。結(jié)構(gòu)在地震中所遇到的問題及對(duì)設(shè)計(jì)的要求在第一章概述強(qiáng)度方法中均有所體現(xiàn)。但強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法本身所存在的問題使得設(shè)計(jì)所預(yù)想的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)難以實(shí)現(xiàn)，最近的一些人地震中橋梁及房屋結(jié)構(gòu)的破壞便有力地證明了這一點(diǎn)。目前的抗震設(shè)計(jì)計(jì)算是建立在簡(jiǎn)單的物理模型、工程實(shí)際及很多經(jīng)驗(yàn)系數(shù)

27、之上，使得設(shè)計(jì)過程模糊，設(shè)計(jì)的能力及地震作用對(duì)結(jié)構(gòu)的要求在設(shè)計(jì)中考慮不明確，在地震作用結(jié)構(gòu)的性能無法被體現(xiàn)出來?？梢哉f強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法的缺點(diǎn)是比較廣泛的，從忽視各種因素引起的構(gòu)件的強(qiáng)度的增長(zhǎng)到無法適用于一些新型結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)均有所體現(xiàn)，如無法考慮長(zhǎng)大跨度橋的行波效應(yīng)及支承連接件的非線性等問題。我國(guó)目前的鐵路橋梁抗震設(shè)計(jì)中，地震力的計(jì)算為：日。式中：，一振型點(diǎn)的水平地震力卵，一綜合影響系數(shù)甄一水平地震系數(shù)口一振型動(dòng)力系數(shù)，一振型參與系數(shù)。一振型在第段橋墩質(zhì)心處的振型坐標(biāo)，一橋墩第段的質(zhì)量抗震驗(yàn)算時(shí)，、級(jí)鐵路分別按有車、無車進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)橋上有車時(shí)，順橋向不計(jì)活荷載引起的地震力，橫橋向只計(jì)活荷載引起的地

28、震力且作用在軌頂以上處，活荷載垂直力均計(jì)。在考慮各種因素后計(jì)算的地震反應(yīng)再根據(jù)綜臺(tái)影響系數(shù)進(jìn)行折減，。主要是考慮到在設(shè)計(jì)地震作用下結(jié)構(gòu)一般都要進(jìn)入非線性而作為考慮塑性變形的影響，即反映結(jié)構(gòu)延性抗震能力的一個(gè)折減系數(shù)。這種方法的基本缺陷是試圖用一個(gè)以力為特征的簡(jiǎn)單彈性問題去考慮由非線性變形為特征的非線性問題，這往往給設(shè)計(jì)人員一個(gè)錯(cuò)覺，即不是提高結(jié)構(gòu)延性能力，而只要提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度的方法即可提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。因此規(guī)范中對(duì)如何提高橋墩延性的方法沒有明確規(guī)定，對(duì)橫向鋼筋的含量在鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范】中沒有規(guī)定，在公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范”中也只是在抗震措施中對(duì)。地震區(qū)橋墩規(guī)定了一個(gè)的最小含箍率。試驗(yàn)表明，

29、這樣低的橫向鋼筋無法保證設(shè)計(jì)中所隱含的對(duì)延性的要求。此外，由于結(jié)構(gòu)的延眭與結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性，構(gòu)造布局合理第一章概述程度，構(gòu)件的延性、材料性能等均有關(guān)，將所有因素完全用一個(gè)系數(shù)叩，反映是過于籠統(tǒng)的，而且從計(jì)算過程看，是在局部構(gòu)件中采用璣進(jìn)行折減以確定是否滿足強(qiáng)度準(zhǔn)則，顯然對(duì)體系中各橋墩的延生性能相差較大時(shí)，無法保證整個(gè)體系的良好的抗震性能。強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法沒有明確說明體系各部分之間強(qiáng)度的比例關(guān)系，結(jié)構(gòu)的實(shí)際強(qiáng)度也不能準(zhǔn)確確定，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)在地震時(shí)的實(shí)際強(qiáng)度與剛度分布、約束條件及一部分構(gòu)件進(jìn)入非線性之后引起的應(yīng)力重分布有關(guān)，而結(jié)構(gòu)的實(shí)際強(qiáng)度才真正地決定地震的塑性變形及構(gòu)件所實(shí)際承受的力。盡管目前對(duì)綜合影響系

30、數(shù)的研究不少，并將其與結(jié)構(gòu)周期等因素聯(lián)系起來，但并未解決一階段抗震設(shè)計(jì)的缺陷，因?yàn)榈卣鹱饔孟陆Y(jié)構(gòu)的破壞往往是強(qiáng)度不足、變形能力及耗能能力不足多種因素綜合形成的。此外，鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范在其總則中明確說明，有特殊抗震要求的建筑物和新型結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行專門研究設(shè)計(jì)。這表明，對(duì)于大跨度鐵路斜拉橋的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)作專題研究。為克服以強(qiáng)度理論為基礎(chǔ)的一階段鐵路橋梁抗震設(shè)計(jì)方法的不足，我國(guó)己著手開展以“小震不壞，大震不倒”作為基本設(shè)防思想的二階段抗震設(shè)計(jì)方法的研究，并重點(diǎn)針對(duì)鐵路橋梁中人量使用的單柱式簡(jiǎn)支梁橋墩的延性抗震設(shè)計(jì)方法以及基本抗震設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行理論分析和試驗(yàn)研究，初步提出了鐵路橋梁延性抗震設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化方法，并

31、擬納入鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范修訂稿。其主要思路是：（）橋墩的位移延性比九。式中，。為線性彎矩比，即由地震引起的橋墩晟大彎矩與同截面屈服彎矩的比值；以，為位移延性比與線性彎矩比的比例系數(shù)，可按照結(jié)構(gòu)的線性自振周期以及場(chǎng)地類別、地震烈度由線彈性最大彎矩比均值與非線性位移延性比均值之間的關(guān)系曲線查得。（）按照（】的原則進(jìn)行延性位移的校核在滿足橋墩關(guān)鍵部位箍筋布置構(gòu)造要求的前提下，鋼筋混凝土橋墩的基本設(shè)計(jì)容許延性變形比可取為。（）我國(guó)高速鐵路橋梁抗震設(shè)計(jì)研究概況結(jié)合高速鐵路線橋結(jié)構(gòu)與技術(shù)條件（標(biāo)準(zhǔn)）的研究工作，北方交通大學(xué)、原上海鐵道大學(xué)等單位先后對(duì)高速鐵路構(gòu)筑物抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)及抗震措施進(jìn)行了研究”。研究

32、結(jié)第一章概述果建議：將高速鐵路構(gòu)筑物分為甲、乙、丙三類，甲類是經(jīng)國(guó)家規(guī)定的批準(zhǔn)權(quán)限批準(zhǔn)的特殊構(gòu)筑物，應(yīng)按專門研究的地震動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)，乙類構(gòu)筑物可按本地區(qū)設(shè)防烈度提高一度采取設(shè)防措施但設(shè)防烈度為度時(shí)可適當(dāng)提高，丙類構(gòu)筑物應(yīng)按本地區(qū)設(shè)防烈度采取抗震措施。研究成果還對(duì)地震荷載作用下高速列車運(yùn)行安全性進(jìn)行了檢算。作者本人于年初步探討了高速列車與連續(xù)剛架橋系統(tǒng)地震響應(yīng)【】，北方交通大學(xué)夏禾教授也分析了橋梁車振與地震的組合作用【筇瑚，其研究結(jié)果表明：地震荷載對(duì)橋梁的動(dòng)位移、加速度，車輛的振動(dòng)加速度，輪軌間的橫向作用力，脫軌系數(shù)以及輪軌減載率等動(dòng)力響應(yīng)均產(chǎn)生明顯影響，導(dǎo)致橋車響應(yīng)值增大，安全度下降。王大慶博士

33、于年比較系統(tǒng)地計(jì)算分析了考慮列車運(yùn)行時(shí)鐵路梁式橋地震反應(yīng)，并根據(jù)脫軌系數(shù)、輪重減載率及車輪的側(cè)壓等指標(biāo)對(duì)列車運(yùn)行安全性和平穩(wěn)性作出評(píng)估，并初步提出了在地震荷載作用下（）梁式橋的水平折角限值”。其主要研究思路是：以橋梁上運(yùn)行的列車為對(duì)象，以地震作用為主要外力，考慮有水平折角的變形軌道上的列車橫向振動(dòng)問題，然后對(duì)高速運(yùn)行的列車的平穩(wěn)性和安全性進(jìn)行評(píng)定。限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)資料，作者算例中的車輛與線路模型的各種參數(shù)部采用了日本的數(shù)據(jù)，與我國(guó)實(shí)際車輛及線路狀況有較大的差異，并且輸入的地震波只考慮了天津波，不具有代表性。作者在文中也建議，應(yīng)針對(duì)不同類型的橋梁，對(duì)其具體問題作具體研究，并宜考慮水平折角以及鉛直復(fù)

34、合折角的響應(yīng)，對(duì)大跨度鐵路斜拉橋應(yīng)作深入的理論與試驗(yàn)研究。（）國(guó)外及我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)橋梁抗震設(shè)計(jì)方法現(xiàn)狀歐洲橋梁抗震設(shè)防分二個(gè)水平。水平為次要損傷，即在使用期間發(fā)生概率高的地震作用下，結(jié)構(gòu)損傷較小，不影響交通并可及時(shí)修復(fù)：水平是抗倒塌要求，即地震發(fā)生后，盡管橋梁部分出現(xiàn)破壞，但應(yīng)保持其結(jié)構(gòu)整體性和充分的剩余抵抗能力，保證結(jié)構(gòu)能通行緊急車輛，同時(shí)要求破壞處容易檢測(cè)和修復(fù)；具體設(shè)防水準(zhǔn)和設(shè)計(jì)方法見表。表地震作用水平：次要損傷（正常使用極限狀態(tài)）歐洲規(guī)范設(shè)防水準(zhǔn)和設(shè)計(jì)方法非線性特征彈性或有限延性延性一值法一值法設(shè)計(jì)檢算方法反應(yīng)譜法（時(shí)程法驗(yàn)算）反應(yīng)譜法（時(shí)程法驗(yàn)算）橋梁抗震性能微損無致命性損傷水平：抗倒

35、塌要求（壕終使用極限狀態(tài)）第一章概述歐洲規(guī)范引入結(jié)構(gòu)性能系數(shù)，采用等價(jià)線性化方法來近似考慮結(jié)構(gòu)的非線性特征。的物理意義是：在相同的外荷載作用下，結(jié)構(gòu)所承受的彈性力同實(shí)際承受的非彈性力的比值。設(shè)計(jì)方法采用了（）線性分析方法：包括線性動(dòng)力分析方法和反應(yīng)譜方法。線性分析效應(yīng)值除以值，即為構(gòu)件有限延性和延性的地震組合效應(yīng)設(shè)計(jì)值。（）非線性動(dòng)力時(shí)程分析方法：通過輸入地震動(dòng)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的非線性動(dòng)力時(shí)程分析，得到結(jié)構(gòu)的時(shí)程響應(yīng)，并且可以得到結(jié)構(gòu)的局部延性值。但是，非線性分析結(jié)果不能輕易用于降低反應(yīng)譜分析的結(jié)果。新西蘭的橋梁抗震規(guī)范，并沒有嚴(yán)格劃定設(shè)防水準(zhǔn)，而是將對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的不同延性要求（延性系數(shù)從到）反映在其

36、非線性反應(yīng)譜中，這種非線性反應(yīng)譜曲線可以使設(shè)計(jì)人員直觀地看出結(jié)構(gòu)屈服強(qiáng)度與不同延性要求之間的內(nèi)在聯(lián)系。美國(guó)抗震規(guī)范（）給出了全國(guó)加速度系數(shù)區(qū)劃圖，相當(dāng)于其它他國(guó)家的基本烈度區(qū)劃圖，并在該圖中給出了加速度系數(shù)，的加速度曲線。其次是重要度分類（），防災(zāi)或國(guó)防重要的橋梁的，其他的，”。與其它國(guó)家規(guī)范的重要度系數(shù)不同，并不直接影響設(shè)防烈度值，但與抗震設(shè)計(jì)水準(zhǔn)（）有關(guān)。按加速度系數(shù)及重要度分類可分成類（、），參見表。表抗震設(shè)計(jì)水準(zhǔn)加速度系數(shù)曼重要度分類曼分類為抗震設(shè)計(jì)水準(zhǔn)類的橋梁，注意地震時(shí)上部結(jié)構(gòu)的墜毀；類橋梁認(rèn)為柱腳在受設(shè)計(jì)地震力時(shí)發(fā)生屈服，需要適當(dāng)?shù)难有?，故?gòu)件按彈性解的內(nèi)力設(shè)計(jì)時(shí)需除以響應(yīng)修正系

37、數(shù)。由于地震后地下部分不易修復(fù)，基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)地震力采用橋墩的倍。類與類橋梁，一般方法與類相同，但按更嚴(yán)格的要求考慮延性設(shè)計(jì)，對(duì)類更注意地震后的使用性。在版的日本規(guī)范中，日本吸取了年日本兵部縣南部地震的震害教訓(xùn)，：爵第一章概述原來的一水準(zhǔn)設(shè)防、一階段設(shè)計(jì)的原則改為采用二級(jí)抗震設(shè)防水準(zhǔn)、二階段設(shè)計(jì)?！啊蛄褐匾确譃?、兩類，類為一般重要橋梁，類為特別重要的橋梁，后者的抗震性能要求高】前者。其具體內(nèi)容見表。表日本規(guī)范設(shè)防水準(zhǔn)和設(shè)計(jì)方法橋梁抗震性能地震作用一般（）水平：使用期間發(fā)生概率高的地震水平：使用期間發(fā)生概率小但強(qiáng)度很大的地震類，板塊邊界型（關(guān)東大地震）類，內(nèi)陸直下型（兵庫縣南部地震）無損無致命

38、性損傷重要（）無損靜力方法震度往動(dòng)力方法時(shí)程法驗(yàn)算反應(yīng)譜法（時(shí)程法等驗(yàn)算）設(shè)計(jì)驗(yàn)算方法微損水平耐力法除對(duì)橋梁進(jìn)行抗震性能檢算外，日本規(guī)范還規(guī)定，為確保地震時(shí)列車的運(yùn)行安全性，原則上以中等程度的地震作為對(duì)象，進(jìn)行軌道面不同變位量（折角、錯(cuò)位）的檢算，并給出了軌道面不同變位量的限制值（地震時(shí)），如表所示。對(duì)于長(zhǎng)大跨度橋梁、高墩橋梁、特殊地基上的結(jié)構(gòu)等，由于地震時(shí)軌道橫向位移往往較大，應(yīng)考慮軌道面橫向振動(dòng)的卓越頻率和不規(guī)則性，進(jìn)行列車運(yùn)行安全性的檢算。軌道面橫向振動(dòng)不規(guī)則時(shí)，由“車輛一軌道一結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)相互作用模擬”對(duì)車輪、鋼軌間的脫軌系數(shù)等加以評(píng)價(jià)，進(jìn)行精度更高的檢算¨。表軌道面不同變位量的限制值（地震時(shí)）變位方向晟高速度（）錯(cuò)位（）折角（，）平行移動(dòng)彎折蘭蘭】垂直水亞我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)高速鐵路橋梁按兩種等級(jí)的地震進(jìn)行設(shè)防”。（）型地震水平方向的地面加速度的相應(yīng)概率是年超越概率，即對(duì)應(yīng)于年一次的循環(huán)期：垂直方向的地面加速度為水平方向的。在此地震下，結(jié)構(gòu)的反應(yīng)容許進(jìn)入非彈性范圍內(nèi)，延性系數(shù)小于容許的延性要求，以使破壞能修復(fù)。第一章概述）型地震水平方向的地面設(shè)計(jì)加速度為型地震的，垂直加速度為水平方向加速度的。在此地震作用下，不容許橋梁產(chǎn)生任何屈服，軌道的位移按此地震的容許值來檢查，以使列車全速（）安全運(yùn)行。常規(guī)運(yùn)行下及地震作用下結(jié)構(gòu)的容許變形分別如表和表所示。表常規(guī)運(yùn)行