公路橋梁的抗震設(shè)計

公路橋梁的抗震設(shè)計沈陽農(nóng)業(yè)大大學(xué)水利學(xué)院院王世雄摘要：我國處處于世界兩大大地震帶——環(huán)太平洋地地震帶和亞歐歐地震帶之間間，是一個強強震多發(fā)國家家，汶川、玉玉樹地震表明明強烈地震將將引發(fā)長期的的社會政治、經(jīng)經(jīng)濟問題，并并帶來難以慰慰籍的感情創(chuàng)創(chuàng)傷。在抗震震救災(zāi)中，公公路交通運輸輸網(wǎng)更是搶救救人民生命財財產(chǎn)和盡快恢恢復(fù)生產(chǎn)、重重建家園、減減輕次生災(zāi)害害的重要環(huán)節(jié)節(jié)，所以公路路橋梁是生命命系統(tǒng)工程中中的重要組成成部分，公路路橋梁抵抗震震害的能力是是橋梁設(shè)計中中重點關(guān)注的的問題之一。文章分析橋梁結(jié)構(gòu)震害及其原因，探討公路橋梁抗震設(shè)防目標(biāo)，提出公路橋梁抗震設(shè)防措施。關(guān)鍵字：橋梁；；公路；設(shè)計計；抗震Abstracct:Chiinaisstheworldd'stwwolarrgestearthhquakeezonee--ttheceentrallPaciificsseismiicbelltanddtheEurassiansseismiicbellt,issasttrongearthhquakeecounntry,Wenchhuan,theYYushuearthhquakeeshowwsthaattheestroongeaarthquuakewwillccausesociaalpolliticss,lonngterrmecoonomiccprobblems,,andbringgstotheccomforrtofemotiionaltraumma.Inneartthquakkerellief,thehhighwaaytraansporrtatioonnettworkisannimpoortanttlinkktorrescueethepeoplle'sllifeaandprroperttyanddtorresumeeprodductioon,reebuilddtheiirhommesasssoonnasppossibble,rreduceetheseconndarydisassters,,sotthehiighwayybriddgeissaniimporttantppartoofliffeinthessystemmengiineeriing,rroadaandbrridgedamaggeressistannceabbilityyisooneoffthefocussinbbridgeedesiignprroblemm.Theeseissmicddamageeanallysisandrreasonnsofbridggestrructurre,brridgeseismmicfoortifiicatioontarrget,thehhighwaaybriidgesseismiicforrtificcationnmeassures..Keywordds:higghwaybridgge;eaarthquuake;desiggn;我國是地震多發(fā)發(fā)國家，這些些年來地震一一直不斷，特特別是2008年5月12日的、汶川川大地震給我我國造成了巨巨大的損失。在在抗震搶險救救災(zāi)中公路交交通運輸是搶搶救人民生命命財產(chǎn)、盡快快恢復(fù)生產(chǎn)和和重建家園的的重要環(huán)節(jié)。遍遍布的道路交交通猶如全身身的血管,由此可知道道路交通的重重要性，而公公路橋梁作為為道路交通的的一部分，其其重要性也可可想而知．而而橋梁工程作作為重要的生生命線工程，是是交通運輸?shù)牡难屎?，在國國家建設(shè)中起起著舉足輕重重的作用，而而在地震發(fā)生生后為了緊急急救援和抗震震救災(zāi)的需要要，其重要性性就更為明顯顯[1]。一、橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)地震破壞壞的主要形式式根據(jù)橋梁過去的的地震破壞情情況，除了如如液化、斷層層等因地基失失效引起的破破壞以外，混混凝土橋梁最最常見的破壞壞形式有以下下四種[2]]：(一))彎曲破壞圖2圖1結(jié)構(gòu)在在水平地震荷荷載作用下由由于過大的變變形導(dǎo)致混凝凝土保護層脫脫落、鋼筋壓壓屈和內(nèi)部混混凝土壓碎、崩崩裂，結(jié)構(gòu)失失去承載能力力，如圖1所示。整個個過程可以用用以下四個階階段來描述：：①當(dāng)彎矩達到到開裂強度時時，截面出現(xiàn)現(xiàn)水平彎曲裂裂縫；②隨著裂縫的的發(fā)展和荷載載強度的提高高，受震拉側(cè)側(cè)的縱筋達到到屈服強度；；③隨著變形量量的增大，混混凝土保護層層脫落、塑性性變形范圍擴擴大；④鋼筋壓屈(或拉斷)和內(nèi)部混凝凝土壓碎、崩崩裂。圖2圖1（二）剪切破壞壞(彎剪破壞)剪切破破壞是橋梁在在水平地震荷荷載作用下，當(dāng)當(dāng)結(jié)構(gòu)受到的的剪切力超過過截面剪切強強度時發(fā)生剪剪切破壞，如如圖2所示。整個個破壞過程也也可以用四個個階段來描述述：①截面彎矩達達到開裂強度度時，截面出出現(xiàn)水平彎曲曲裂縫；②隨著裂縫的的發(fā)展和荷載載強度的提高高，柱內(nèi)出現(xiàn)現(xiàn)斜方向的剪剪切裂縫；③局部剪切裂裂縫增大，箍箍筋屈服導(dǎo)致致剪切裂縫進進一步增長；；④發(fā)生脆性的的剪切破壞。圖3(三))落梁破壞圖3當(dāng)梁體體的水平位移移超過梁端支支撐長度時發(fā)發(fā)生落梁破壞壞是由于梁與與橋墩(臺)的相對位移移過大，支座座喪失約束能能力后引起的的一種破壞形形式。發(fā)生在在橋墩之間地地震相對位移移過大、梁的的支撐長度不不夠、支座破破壞、梁間地地震碰撞等情情況，如圖3所示。(四)支座損損傷上部結(jié)結(jié)構(gòu)的地震慣慣性力通過支支座傳到下部部結(jié)構(gòu)，當(dāng)傳傳遞荷載超過過支座設(shè)計強強度時支座發(fā)發(fā)生損傷、破破壞。支座損損傷也是引起起落梁破壞的的主要原因。對對于下部結(jié)構(gòu)構(gòu)而言，支座座損傷可以避避免上結(jié)構(gòu)的的地震荷載傳傳到橋墩，避避免橋梁發(fā)生生破壞，如圖圖4所示。二、橋梁的抗震震設(shè)計原理圖4目前橋梁的抗震震設(shè)計計算原原理是建立在在一定假設(shè)條條件基礎(chǔ)上的的，盡管分析析的手段在不不斷提高，分分析的理論在在不斷完善，但但由于地震作作用的復(fù)雜性性，地基影響響的復(fù)雜性和和橋梁結(jié)構(gòu)體體系本身的復(fù)復(fù)雜性，可能能會導(dǎo)致理論論計算分析和和實際狀況相相差很大。當(dāng)當(dāng)前我國橋梁梁的抗震設(shè)計計原理主要有有以下幾種[[3]：圖4（一）靜靜力法靜力法法把地震加速速度看作是橋橋梁結(jié)構(gòu)破壞壞的唯一因素素，忽略了結(jié)結(jié)構(gòu)本身動力力特性對結(jié)構(gòu)構(gòu)反應(yīng)的影響響應(yīng)用存在較較大局限性。事事實上只有絕絕對鋼性的物物體才能認為為在振動過程程中各個部分分與地震運動動具有相同的的振動所以只只對剛度很大大的結(jié)構(gòu)例如如重力橋墩、橋橋臺等結(jié)構(gòu)應(yīng)應(yīng)用靜力法近近似計算。（二）反反應(yīng)譜法目前我我國的公路及及鐵路橋梁均均主要采用反反應(yīng)譜方法。反反應(yīng)譜法的思思路是對橋梁梁結(jié)構(gòu)進行動動力特性分析析(固對各主振振動應(yīng)用譜曲曲線作某強震震記錄的最大大頻率，主振振型）地震反應(yīng)應(yīng)計算最后一一般通過統(tǒng)計計理論對各主主振型最大反反應(yīng)值進行組組合，近似求求得結(jié)構(gòu)的整整體最大反應(yīng)應(yīng)值。三、橋梁減震設(shè)設(shè)計要點對于地震區(qū)的橋橋型選擇，宜宜按下列幾個個原則進行[[4]：=1\*GB3①盡量減輕結(jié)結(jié)構(gòu)的自重和和降低其重心心，以減小結(jié)結(jié)構(gòu)物的地震震作用和內(nèi)力力。=2\*GB3②提高穩(wěn)定性性，力求使結(jié)結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量量中心與剛度度中心重合，以以減小在地震震中因扭轉(zhuǎn)引引起的附加地地震力。=3\*GB3③應(yīng)協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)構(gòu)物的長度和和高度，以減減少各部分不不同性質(zhì)的振振動所造成的的危害作用。=4\*GB3④適當(dāng)降低結(jié)構(gòu)剛度，使用延性材料提高其變形能力，從而減少地震作用。=5\*GB3⑤加強地基的調(diào)整和處理，以減小地基變形和防止地基失效[6]。（一）結(jié)結(jié)構(gòu)的剛度對對稱結(jié)構(gòu)的的剛度對稱有有利于抗震，不不等跨的橋梁梁容易發(fā)生震震害。特別是是一座橋內(nèi)墩墩身高度相差差過大'在較矮的橋橋墩上會產(chǎn)生生很大的地震震水平力跨徑徑不同。在大大跨徑的橋孔孔的橋墩上也也產(chǎn)生大的地地震力。設(shè)計計時盡量避免免在高烈度區(qū)區(qū)采用這種橋橋型，如無法法避免。宜在在不利墩上設(shè)設(shè)置消能措施施降低墩頂集集成剛度，例例如設(shè)抗震支支座等。（二）適適應(yīng)地震作用用對橋梁梁抗震性加以以分析研究，某某類結(jié)構(gòu)不能能在地震區(qū)應(yīng)應(yīng)提出更能內(nèi)內(nèi)修建，在分分析研究原有有結(jié)構(gòu)抗震性性能的基礎(chǔ)上上，適應(yīng)地震震作用的結(jié)構(gòu)構(gòu)型。其次對對結(jié)構(gòu)抗震設(shè)設(shè)計不是被動動地作為地震震作用時結(jié)構(gòu)構(gòu)強度、變位位的驗算，而而是要從設(shè)計計角度，提高高結(jié)構(gòu)的防震震能力，要系系統(tǒng)考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)的行為能力力設(shè)計。（三）以以柔克剛結(jié)合我我國國情，研研究結(jié)構(gòu)控制制的有效型式式，加強抗震震措施，必須須采用“以柔克剛”的設(shè)想來考考慮地震區(qū)結(jié)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防防的“以剛克剛”的舊傳統(tǒng)設(shè)設(shè)防觀，對地裂、地地出發(fā)點，改改變單純的邊邊坡倒塌、沙沙土液化時橋橋梁結(jié)構(gòu)如何何抗震設(shè)防也也應(yīng)該做出深深入的研究。（四）提提高橋梁部件件的延性抗震橡膠支座針對目目前大量高架架橋倒塌毀壞壞的教訓(xùn)，必必須開展對抗抗震支座、各各種型式橋墩墩的延性研究究，要利用約約束混凝土的的概念預(yù)應(yīng)力力混凝土，而而且可以提高高它的延性。不不但對鋼筋混混凝土、混凝凝土結(jié)構(gòu)、混混合結(jié)構(gòu)的延延性都需展開開研究?？拐鹣鹉z支座四、常見見橋梁減震方方法常用的抗震方法法增加結(jié)構(gòu)的的柔性以延長長結(jié)構(gòu)的自振振周期，達到到減小由于地地震所產(chǎn)生的的地震荷載和和增加結(jié)構(gòu)的的阻尼或能量量耗散能力以以減小由于地地震所引起的的結(jié)構(gòu)反應(yīng)是是實用的抗震震方法。當(dāng)前前，比較容易易實現(xiàn)和有效效的抗震方法法主要有以下下幾種：（一）采采用隔震支座座大量的的試驗和理論論分析都表明明其聯(lián)結(jié)方式式對橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)的地震反應(yīng)應(yīng)有很大的影影響在梁體與墩墩、臺的聯(lián)結(jié)結(jié)處安裝減、隔隔震支座能有有效地減小墩墩、臺所受的的水平地震力力[5]。采用用隔震支座，采采用減、隔震震支座（聚四四氟乙烯支座座、疊層橡膠膠支座和鉛芯芯橡膠支座等等)在梁體與墩墩、臺的連接接處增加結(jié)隔隔震支座橋構(gòu)構(gòu)的柔性和阻阻尼以減小橋橋梁的地震反反應(yīng)；采用減減、梁結(jié)構(gòu)的的梁體通過支支座與墩、臺臺相聯(lián)結(jié)，大大量的試驗和和理論分析都都表明其聯(lián)結(jié)結(jié)方式對橋梁梁結(jié)構(gòu)的地震震反應(yīng)有很大大的影響，在在梁體與墩、臺臺的聯(lián)結(jié)處安安裝減、隔震震支座能有效效地減小墩、臺臺所受的水平平地震力。抗震橋梁伸縮縫（二）利利用橋墩延性性減震抗震橋梁伸縮縫利用橋橋墩的延性減減震是當(dāng)前橋橋梁抗震設(shè)計計中常用的方方法[6]。橋墩墩延性減震是是將橋墩某些些部位設(shè)計得得具有足夠的的延性，以便便在強震作用用下使這些部部位形成穩(wěn)定定的延性塑性性鉸產(chǎn)生彈塑塑性變形來延延長結(jié)構(gòu)周期期、耗散地震震能量，在進進行延性抗震震設(shè)計時，按按彈性反應(yīng)譜譜計算塑性反反應(yīng)的地震荷荷載需要修正正，橋梁抗震震設(shè)計規(guī)范采采用了綜合影影響系數(shù)來反反映塑性變形形的影響，其其理論依據(jù)是是，當(dāng)結(jié)構(gòu)進進入塑性階段段時，地震荷荷載可以比彈彈性結(jié)構(gòu)的地地震荷載折結(jié)結(jié)構(gòu)綜合影響響系數(shù)主要考考慮了這一因因素。（三）采采用減震的新新結(jié)構(gòu)碳纖維加固，植筋錨固型鋼混混凝土結(jié)構(gòu)是是在混凝土上上包裹型鋼做做成的結(jié)構(gòu)[[7]。它與與鋼筋混凝土土結(jié)構(gòu)相比具具有一系列優(yōu)優(yōu)點，其承載載力可以高于于同樣外形的的鋼筋混凝土土構(gòu)件承載力力—倍以上，并并具有較好的的抗剪能力，延延性比明顯高高于鋼筋混凝凝土結(jié)構(gòu)，滯滯回曲線較為為飽滿，耗能能能力有顯著著的提高，從從而呈現(xiàn)出良良好的抗震性性能，能夠隔隔離、吸收和和耗散地震能能量減小橋梁梁結(jié)構(gòu)的地震震反應(yīng)，使橋橋梁的變形限限制在彈性范范圍，避免由由于產(chǎn)生塑性性變形而造成成累積損傷破破壞和永久殘殘余變形，這這大大提高了了橋梁結(jié)構(gòu)的的安全度，同同時可以節(jié)約約材料，降低低造價。其次次，混凝土中中的型鋼除采采用軋制型鋼鋼外，還廣泛泛使用焊接型型鋼，常用的的截面型式有有H型、T型、u型等，'ET而采用矩形形及圓鋼管混混凝土結(jié)構(gòu)是是在型鋼混凝凝上結(jié)構(gòu)、螺螺旋配筋混凝凝上結(jié)構(gòu)以及及鋼管結(jié)構(gòu)的的基礎(chǔ)上演變變和發(fā)展起來來的一種新型型結(jié)構(gòu)。碳纖維加固，植筋錨固五、結(jié)語雖然目前地震還還不可有效的的預(yù)測，但是是只要我們通通過研究認識識到地震對結(jié)結(jié)構(gòu)的破壞規(guī)規(guī)律，我們就就能通過一定定的抗震設(shè)防防原則制定相相關(guān)的抗震設(shè)設(shè)防措施并控控制好施工質(zhì)質(zhì)量，這樣就就能盡量減低低震害的影響響。參考文獻[1]陳堯三，趙趙鐵永，石麗麗芳．關(guān)于橋橋梁抗震設(shè)計計的幾點思考考[J]．科技資訊訊，2008((2):244-26．[2]董淑艷，姚姚凱．簡述橋橋梁結(jié)構(gòu)的震震害及主要抗抗震設(shè)計方法法[J]．中國建設(shè)設(shè)信息，2008((16):335-38．[3]揚傳永．．公路橋梁抗抗震設(shè)