橋梁震害與抗震設(shè)計(jì)措施

1、橋梁工程抗震課程論文姓 名： 張 延 輝 學(xué) 號(hào)： 200948040703 日 期： 指導(dǎo)老師： 鄭 德 乾 橋梁震害與抗震設(shè)計(jì)措施摘 要: 通過橋梁地震震害的特點(diǎn)和原因分析, 提出為加強(qiáng)橋梁抗震能力, 在橋梁總體設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題及在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)采取的一些構(gòu)造措施, 為工程設(shè)計(jì)提供參考。關(guān)鍵詞: 橋梁震害; 抗震設(shè)計(jì); 抗震措施地震是一種突發(fā)性的災(zāi)害, 具有典型的偶然性、短暫性和嚴(yán)重性。根據(jù)中國地震局的預(yù)測(cè), 目前我國大陸已進(jìn)入了第五個(gè)地震活躍期。橋梁是交通的樞紐, 在國家建設(shè)中起著舉足輕重的作用, 而且在地震發(fā)生后為了緊急救援和抗震救災(zāi)的需要, 其重要性就更為明顯。這就需要在橋梁設(shè)計(jì)中充

2、分重視橋梁的抗震設(shè)計(jì), 貫徹執(zhí)行新修訂的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范,實(shí)施有效的抗震設(shè)防措施。1 橋梁震害現(xiàn)象分析20 世紀(jì)70 年代以來, 國內(nèi)外發(fā)生過一系列大地震。對(duì)這些震例中的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查和分析后, 對(duì)橋梁震害的特點(diǎn)和產(chǎn)生的原因, 概括起來有以下幾個(gè)方面:1.1 地基破壞由于地基軟弱, 地震時(shí)當(dāng)部分地基液化失效后引起結(jié)構(gòu)物的整體傾斜、下沉等嚴(yán)重變形, 使落梁的可能性增大, 進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物的破壞, 震害較重。1.2 基礎(chǔ)破壞擴(kuò)大基礎(chǔ)和樁基的承臺(tái)本身剛度比較大, 自身震害極少見。但當(dāng)結(jié)構(gòu)周圍的地基受到地震作用強(qiáng)度降低時(shí), 基礎(chǔ)就會(huì)發(fā)生沉降或滑移,樁基礎(chǔ)可能發(fā)生剪斷、傾斜破壞, 進(jìn)而引起墩臺(tái)傾斜、倒塌或折

3、斷。這是導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)破壞的重要原因。1.3 橋臺(tái)位移、沉陷地震時(shí), 橋臺(tái)與臺(tái)后填土是不完全固結(jié)的。填土的縱向土壓力增大, 橋梁與橋臺(tái)之間的沖撞產(chǎn)生相當(dāng)大的被動(dòng)土壓力, 造成橋臺(tái)有向橋跨方向移動(dòng)的趨勢(shì)。又由于橋面的支撐作用, 橋臺(tái)將發(fā)生以橋臺(tái)頂端為支點(diǎn)的豎向旋轉(zhuǎn), 導(dǎo)致基礎(chǔ)破壞。建造在液化土上的橋臺(tái)還可能垂直沉陷, 這又將造成橋臺(tái)承受過大的扭矩而破壞。1.4 墩柱破壞墩柱是橋梁抗側(cè)向力的主要構(gòu)件, 因此墩柱的破壞是最普遍的。墩柱破壞的主要表現(xiàn)形式有: 彎曲強(qiáng)度不足、彎曲延性不足、縱筋搭接區(qū)的抗彎能力以及剪切強(qiáng)度不足等。墩柱的破壞往往引起一系列的連鎖反應(yīng), 如落梁、整個(gè)結(jié)構(gòu)的倒塌等。而落梁對(duì)墩臺(tái)側(cè)

4、壁的撞擊又對(duì)下部結(jié)構(gòu)造成新的破壞。1.5 蓋梁破壞不論是懸臂結(jié)構(gòu)的蓋梁, 還是兩端剛結(jié)于柱的蓋梁, 破壞形式主要表現(xiàn)為抗剪強(qiáng)度不足或錨固筋不能滿足抗拉要求, 從而引起錨固端破壞。1.6 支撐連接構(gòu)件破壞支座、伸縮縫和剪力鍵等連接件在外力作用下最易受損, 是橋梁整體抗震性能上的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。地震時(shí), 如果上、下部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位移過大而超過支座的變形能力或支承面寬度, 或超出梁間縱向約束裝置的強(qiáng)度, 將導(dǎo)致錨固螺栓拔出或剪斷, 支撐連接構(gòu)件失效。還可導(dǎo)致支座附近混凝土發(fā)生裂縫、活動(dòng)支座脫落等現(xiàn)象。1.7 落梁對(duì)于梁式結(jié)構(gòu), 由于地震作用造成橋跨本身破壞的并不多見。但支撐連接構(gòu)件失效后, 上、下部間的

5、相對(duì)位移進(jìn)一步加大, 相鄰梁體之間發(fā)生相互沖擊, 造成撞擊破壞甚至落梁的發(fā)生。另外由于蓋梁寬度設(shè)置不足、下部結(jié)構(gòu)失效也會(huì)發(fā)生落梁。1.8 結(jié)點(diǎn)破壞橋梁結(jié)點(diǎn)區(qū)域鋼筋大量相交, 在施工上總是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié), 地震時(shí)結(jié)點(diǎn)區(qū)域應(yīng)力復(fù)雜而有變化, 常導(dǎo)致結(jié)點(diǎn)區(qū)域混凝土的壓碎和錨固筋的破壞, 一旦受損將難以修復(fù)。2 橋梁抗震設(shè)計(jì)及措施根據(jù)橋梁震害的分析知道, 地震對(duì)橋梁的破壞作用, 不僅與橋梁的結(jié)構(gòu)本身有關(guān), 還與所處的場(chǎng)地、地基及地形地貌等有關(guān)。抗震設(shè)計(jì)中除了進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)計(jì)算外, 橋位選擇、橋型選擇、結(jié)構(gòu)體系布置、結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)同樣重要。2. 1 總體設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題 橋位選擇選擇橋址時(shí), 應(yīng)避開地震時(shí)可

6、能發(fā)生地基失效的松軟場(chǎng)地, 選擇堅(jiān)硬場(chǎng)地?；鶐r、堅(jiān)實(shí)的碎石類地基、硬粘土地基是理想的橋址場(chǎng)地; 飽和松散粉細(xì)砂、人工填土和極軟的粘土地基或不穩(wěn)定的坡地都是危險(xiǎn)地區(qū)。拱橋應(yīng)盡量避免跨越斷層, 特殊困難情況下應(yīng)進(jìn)行地震安全性評(píng)價(jià)。 橋型選擇橋梁應(yīng)結(jié)合地形、地質(zhì)條件、工程規(guī)模及震害經(jīng)驗(yàn), 選擇合理的橋型及墩臺(tái)、基礎(chǔ)型式。宜盡可能采用技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、便于修復(fù)加固的結(jié)構(gòu)體系?？梢钥紤]采用減震的新結(jié)構(gòu), 比如型鋼混凝土結(jié)構(gòu)等。 橋孔布置橋孔宜選用有利于抗震的等跨布置, 并盡量避免高墩與大跨的結(jié)合。宜體形簡(jiǎn)單、自重輕、剛度和質(zhì)量分布均勻、重心低、便于施工。位于地震后可能形成泥石流溝谷上的橋梁, 孔跨和橋

7、下凈高宜根據(jù)流域內(nèi)的地形、地質(zhì)情況酌情加大。2.2 橋梁抗震構(gòu)造措施 基礎(chǔ)抗震措施應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)的整體性和剛度, 同時(shí)采取減輕上部荷載等相應(yīng)措施, 以防止地震引起動(dòng)態(tài)和永久的不均勻變形。在可能發(fā)生地震液化的地基上建橋時(shí), 應(yīng)采用深基礎(chǔ), 使樁或沉井穿過可能液化的土層埋入較穩(wěn)定密實(shí)的土層內(nèi)一定深度。并在樁的上部, 離地面1-3 m 的范圍內(nèi)加強(qiáng)鋼筋布設(shè)。 橋臺(tái)抗震措施橋臺(tái)胸墻應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng), 并增加配筋, 在梁與梁之間和梁與橋臺(tái)胸墻之間應(yīng)設(shè)置彈性墊塊, 以緩和地震的沖擊力。采用淺基的小橋和通道應(yīng)加強(qiáng)下部的支撐梁板或做滿河床鋪砌, 使結(jié)構(gòu)盡量保持四鉸框架的結(jié)構(gòu), 以防止墩臺(tái)在地震時(shí)滑移。當(dāng)橋位難以避免液化

8、土或軟土地基時(shí), 應(yīng)使橋梁中線與河流正交, 并適當(dāng)增加橋長(zhǎng), 使橋臺(tái)位于穩(wěn)定的河岸上。橋臺(tái)高度宜控制在8 m 以內(nèi); 當(dāng)臺(tái)位處的路堤高度大于8 m 時(shí), 橋臺(tái)應(yīng)選擇在地形平坦、橫坡較緩、離主溝槽較遠(yuǎn)且地質(zhì)條件相對(duì)較好的地段通過, 并盡量降低高度, 將臺(tái)身埋置在路堤填方內(nèi), 臺(tái)周路堤邊坡腳設(shè)置漿砌片石或混凝土擋墻進(jìn)行防護(hù), 橋臺(tái)基礎(chǔ)酌留富余量。如果地基條件允許, 應(yīng)盡量采用整體性強(qiáng)的T形、U 形或箱形橋臺(tái), 對(duì)于樁柱式橋臺(tái), 宜采用埋置式。對(duì)柱式橋臺(tái)和肋板式橋臺(tái), 宜先填土壓實(shí), 再鉆孔或開挖, 以保證填土的密實(shí)度。為防止砂土在地震時(shí)液化, 臺(tái)背宜用非透水性填料, 并逐層夯實(shí), 要注意防水和排水

9、措施。 橋墩抗震措施利用橋墩的延性減震是當(dāng)前橋梁抗震設(shè)計(jì)中常用的方法。高墩宜采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu), 宜采用空心截面?？蛇m當(dāng)加大樁、柱直徑或采用雙排的柱式墩和排架樁墩, 樁、柱間設(shè)置橫系梁等, 提高其抗彎延性和抗剪強(qiáng)度。在橋墩塑性鉸區(qū)域及緊接承臺(tái)下樁基的適當(dāng)范圍內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)箍筋配置, 墩柱的箍筋間距對(duì)延性影響很大, 間距越小延性越大。橋墩的高度相差過大時(shí)矮墩將因剛度大而最先破壞?？蓪辗胖迷阡撎淄怖飦碚{(diào)整墩柱的剛度和強(qiáng)度, 套筒下端的標(biāo)高同其他橋墩的面標(biāo)高。 支撐連接構(gòu)件抗震措施墩臺(tái)頂帽上均應(yīng)設(shè)置防止落梁措施, 加縱、橫向擋塊以限制支座的位移和滑動(dòng)。橡膠支座具有一定的消能作用, 對(duì)抗震有利。在不利墩

10、上還應(yīng)采用減隔震支座( 聚四氟乙烯支座、疊層橡膠支座和鉛芯橡膠支座等) 及塑性鉸等消能防震裝置等。選用伸縮縫時(shí), 應(yīng)使其變形能力滿足預(yù)計(jì)地震產(chǎn)生的位移, 并使伸縮縫支承面有足夠的寬度, 同時(shí)設(shè)置限位器與剪力鍵。 上部結(jié)構(gòu)抗震措施落梁震害極為常見。實(shí)踐證明, 加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的整體性, 限制其位移, 是提高橋梁上部結(jié)構(gòu)抗震能力的有效措施。預(yù)防措施有:1) 通常在梁(板) 底部加焊鋼板, 或采用縱、橫向約束裝置限制梁的位移, 如拉桿、鋼筋砼擋塊、錨桿等, 梁與墩帽用錨栓連接, T 梁在端橫隔板之間螺栓連接, 曲梁橋, 應(yīng)采用上、下部之間用錨栓連接的方式。橋梁的支座錨栓、銷釘、剪力鍵等應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。2

11、) 梁端至墩臺(tái)帽或蓋梁邊緣的距離, 以及掛梁與懸臂的搭接長(zhǎng)度必須滿足地震時(shí)位移的要求。3) 橋梁跨徑較大時(shí), 可用連續(xù)梁替代簡(jiǎn)支梁以減少伸縮縫, 宜采用箱型截面。4) 當(dāng)采用多跨簡(jiǎn)支梁時(shí), 應(yīng)加強(qiáng)梁( 板) 之間的縱、橫向聯(lián)系, 將橋面做成連續(xù), 或采用先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)的構(gòu)造措施。5) 采用真空壓漿方法, 保證預(yù)應(yīng)力管道水泥漿飽滿, 提高預(yù)應(yīng)力橋梁的強(qiáng)度和剛度。 結(jié)點(diǎn)抗震措施橋梁結(jié)點(diǎn)區(qū)域一旦受損將難以修復(fù)。城市高架橋墩柱的結(jié)點(diǎn)、橋墩與蓋梁的結(jié)點(diǎn)、橋墩與基礎(chǔ)的結(jié)點(diǎn)等, 是保證橋梁整體工作的重要構(gòu)件。在橋梁抗震設(shè)計(jì)中, 除了保證墩、梁有足夠的承載力和延性外, 還要保證橋梁結(jié)點(diǎn)有足夠的承載力, 避免結(jié)點(diǎn)過早破壞, 即“強(qiáng)節(jié)點(diǎn), 弱構(gòu)件”。3 結(jié) 語橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是橋梁設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié),作為橋梁設(shè)計(jì)人員, 不但要對(duì)橋梁抗震進(jìn)行數(shù)值計(jì)算, 還應(yīng)在橋梁設(shè)計(jì)中采取一系列有