浅谈桥梁震害与抗震设计.doc

1、浅谈桥梁震害与抗震设计摘要：本文通过对桥梁灾害的产生，从中获得一些启示，阐述了桥梁破坏形式及原因，并归纳了桥梁抗震体系分类及基本要求，最后对桥梁抗震设计方法进行分析，讨论了桥梁延性抗震设计和减隔震设计内容。关键词：抗震；设计 中图分类号：TU3 文献标识码：A 文章编号： 1、前言 桥梁抗震设计在桥梁设计中越来越受到结构师的重视。每一次地震的发生，都给人们的生活带来痛苦，给国家带来经济损失。震区桥梁的坍塌损坏，不仅对当时的救援行动造成阻碍，而且对灾后的重建工作也有影响。所以，桥梁抗震的设计研究越来越给予重视。 2、 桥梁震害现象与启示 2.1 桥梁震害 （1）地表的破坏 地震造成的地表破坏现场

2、主要有地表断裂、滑坡、砂土液化、软土震陷等。 地表断裂 地表断裂又称地裂缝，地裂缝有构造地裂缝和重力地裂缝两种，两者不可混淆。 构造地裂缝与地质构造有关，是地震断层错动后在地表留下的痕迹。构造断裂切割很深，可以从地壳内的岩层断裂起，直达地表，且不受地形地貌的影响。 重力地裂隙是由于地面软土地质软硬不匀及微地貌影响，在地震动作用下形成的。它与震前土质的稳定状态密切相关，其规模不能反映地震动的强烈程度。这种地裂隙在地震区分布极广，地裂隙穿过的地方可引起房屋开裂以及道路、桥梁等工程设施的破坏，并对地下管道造成严重破会。 滑坡 地震引起的滑坡是山区或丘陵地区的地震特点。滑坡还出现在不稳定的人工边坡开挖

3、地段。地震时，大滑坡可以切断公路，冲毁房屋和桥梁，堵塞河流，严重时还会导致上游水位上涨淹没大片土地，危机城镇居民。 砂土液化 地震的震动使排列较松散的饱和无粘性土颗粒产生压实趋势，若短时间内土中的水拍不出去，则土体内部产生超静定孔隙水压力，当孔隙水压力增大到与砂土剪切面上的正应力相等时，土颗粒便形同“液体”成悬浮状态，使土体抗剪强度丧失，另一方面，高压力的孔隙寻找通道冲出地面，并将砂土颗粒带了出来，形成“喷水冒砂”现象。砂土液化造成对农田的破坏和地面的不均匀沉降。流滑是砂土液化引起的最具灾难性的场地破坏现象。由完全液化的土和盖在液化土层上面的完整土层组成的长达几十米甚至更广大的土体可能以每小时

4、几十公里的速度沿着斜坡下滑。流滑可以造成次生灾害的发生。 软土震陷 软土震陷虽在地震中时有发生，但是，人们研究得很少。一般软土系指水下天然沉积的饱和粘性土（包括淤泥、淤泥质土、泥炭质土等） ，具有高压缩性及高孔隙比，含水量高，承载力低。软土震陷的主要特征是在强烈地震作用下，孔隙水压力增大，并从边界排出，软粘土被压密，产生沉陷或不均匀沉陷。对工程结构来说，特别是超静定结构，不均匀沉降引起的内力重分布可导致结构破坏乃至坍塌。 （2）工程结构的破坏 落梁的破坏 桥梁上部结构自身因直接的地震力效应而损坏的现象极为少见，但因支撑连接件失效或下部结构失效等引起的落梁现象，早期的地震破坏中时有发生。结构在水

5、平地震力的作用下支座丧失约束力，梁体与桥墩之间发生过大的位移，梁的支撑长度不够，使梁体发生塌落。 墩柱的破坏 墩柱严重的破坏包括墩台的倒塌、断裂和严重倾斜；对钢筋混凝土桥台和桥墩，破坏现象桥墩轻微开裂、保护层混凝土脱落和纵向钢筋屈服等。 基础的破坏 扩大基础自身的震害现象极少发现，然而有时因不良的地质条件，也会出现沉降、滑移等。桩基础的承台由于自身的强度、体积和刚度都大，因此也极少发生破坏；但桩基础的破坏现象却时有发生。桩基础的破坏可能出现在桩身的任何位置，而且往往位于地下和水中，不利于震后迅速发现，而且修复难度相当大。 其它破坏 桥梁的其它破坏包括：桥梁支撑连接件的破坏和梁体间碰撞，挡块的破

6、坏。桥梁连接件的破坏包括：桥梁伸缩缝、支座和剪力建等。桥梁连接件的破坏非常常见，是抗震设计中的重要环节。 2.2 桥梁震害启示 支撑连接部件失效。支撑连接部件主要是指：桥梁支座。桥梁支座的类型可分为：固定支座、滑动支座和橡胶支座。固定支座失效意味着强度不够，而发生破坏；滑动支座失效是因为位移能力的不足；橡胶支座失效是由于梁底与支座底产生位移而破坏。由于连接构件的破坏而导致梁体大位移，从而引起其它的问题，如伸缩缝的破会、挡块的破坏等。同时，墩台支撑宽度不足，防落梁措施设计不合理（限位装置）均会产生落梁。 桥墩墩柱破坏。桥墩墩柱的破坏是由于桥梁横向约束箍筋配置不足，属于剪切破坏。 横向约束箍筋间距

7、过大，搭接失效，纵向钢筋过早的切断，箍筋端部没有弯钩等。属于抗弯破坏。 基础破坏。土体自身破坏，如沙土液化，桥梁基础产生位移、沉降，导致桩身破坏。 3、桥梁抗震体系 3.1 桥梁抗震体系要求 结构要有可靠和稳定传递地震作用到地基的途径；有效的位移约束和能可靠地控制结构地震位移，避免发生落梁破坏；有明确、可靠、合理的地震能力耗散部位；应避免因部分结构构件的破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。 3.2 桥梁抗震体系类型 根据能力保护设计原则和桥梁延性抗震设计，将桥梁抗震体系划分为两种类型。第一种类型为：桥梁上部结构和基础均按弹性设计，墩柱按延性设计，能力保护构件为上部结构和基础。

8、 第二种类型为：墩柱、基础、上部结构按弹性构件设计，支座弹缩性（设计减隔振装置） 。 3.3 其它抗震设计方式 若采用板式橡胶支座的桥梁结构，在地震力作用下，支座抗滑性能不满足，应采用墩梁限位装置，或进行桥梁减隔震设计。在地震力作用下，如桥梁固定支座水平抗震能力不足，应通过设计设置连接梁体和墩柱间的剪力建，有剪力建陈寿支座所受地震水平力或进行桥梁减隔震设计。 4、桥梁抗震设计相关问题 4.1 桥梁延性抗震设计 目前延性抗震设计采用的破坏准则主要有：强度破坏准则、变形破坏准则、能量破坏准则、基于低周疲劳特征的破坏准则以及用最大变形和滞回耗能来表达的双重指标破坏准则等。Housner 对悬臂式单质

9、点系统的非线性地震反映进行分析后，将其破坏机理总结为：在形成完全的塑性反应之前，出现某种程度的塑性应变，由此而消耗的能量自然的构成结构等效粘滞阻尼的一部分；当完全进入塑性变形后，产生塑性漂移，并在单方面发展知道倒塌发生。他认为塑性反应阶段，保证结构不破坏的条件是让其保有足够的耗能能力。 4.2 桥梁减隔震设计 桥梁减隔震的设计原理是采用柔性支撑延长结构周期，减小结构地震反映，采用阻尼器装置耗散能量，限制结构位移，保证结构在正常适用荷载作用下具有足够的刚度。减隔技术的适用条件为上部结构连续，下部结构刚度较大，结构基本振动周期比较短，桥梁下部结构高度 变化不规则，刚度分配不均匀，场地条件比较好，预期地面运动特性具有较高的卓越频率。减隔震设计的桥梁应满足正常使用条件的要求，相邻上部结构之间须在桥台、桥墩等处设计足够的间隙，以满足位移要求。 参考文献： 1、范立础 等著 桥梁延性抗震设计人民交通出版社 2、袁完城 范立础 桥梁抗震的延性与隔振设计 同济大学学报 1994 3、JTG/T B02-01-2008 公路桥梁抗震设计细则