1、桥梁抗震理论与设计方法摘要：本文地震对桥梁的危害现象进行了分析，阐述了桥梁抗震设计的基本原则，探讨了桥梁抗震设计的方法。 关键词：桥梁；震害；原则；方法 Abstract: in this paper the bridge seismic damage phenomenon was analyzed, the basic principle of seismic design of the bridge, this paper discusses the method of bridge seismic design. Keywords: bridge; Earthquake damage;
2、Principle; methods 中图分类号：K928.78 文献标识码：A 文章编号： 随着经济建设步伐的加快, 抗震防灾日趋重要。桥梁是交通的枢纽, 在国家建设中起着举足轻重的作用,而在地震发生后为了紧急救援和抗震救灾的需要, 其重要性就更为明显。因此, 作为桥梁工程的抗震设计与研究便成为重中之重, 各国学者对桥梁结构的减震进行了广泛、深入的研究。 一、地震对桥梁的危害现象分析 1、地基与基础震害 地基与基础的严重破坏是导致桥梁倒塌, 并在震后难以修复使用的重要原因。地基破坏主要表现为砂土液化、地基失效、基础沉降和不均匀沉降破坏及由于上承载力和稳定性不够, 导致地面产生大变形, 地层发
3、生水平滑移、下沉、断裂。基础的破坏与地基的破坏紧密相关, 几乎所有地基的破坏都会是基础的破坏, 主要表现为移位、倾斜、下沉、折断和屈曲失稳。 2、 桥台位移、沉陷 地震时, 桥台与台后填土是不完全固结的。填土的纵向土压力增大, 桥梁与桥台之间的冲撞产生相当大的被动土压力, 造成桥台有向桥跨方向移动的趋势。又由于桥面的支撑作用, 桥台将发生以桥台顶端为支点的竖向旋转, 导致基础破坏。建造在液化土上的桥台还可能垂直沉陷, 这又将造成桥台承受过大的扭矩而破坏。 3、 墩柱破坏 墩柱是桥梁抗侧向力的主要构件, 因此墩柱的破坏是最普遍的。墩柱破坏的主要表现形式有: 弯曲强度不足、弯曲延性不足、纵筋搭接区
4、的抗弯能力以及剪切强度不足等。墩柱的破坏往往引起一系列的连锁反应, 如落梁、整个结构的倒塌等。而落梁对墩台侧壁的撞击又对下部结构造成新的破坏。 4、 盖梁破坏 不论是悬臂结构的盖梁, 还是两端刚结于柱的盖梁, 破坏形式主要表现为抗剪强度不足或锚固筋不能满足抗拉要求, 从而引起锚固端破坏。5、 支撑连接构件破坏 支座、伸缩缝和剪力键等连接件在外力作用下最易受损, 是桥梁整体抗震性能上的一个薄弱环节。地震时, 如果上、下部结构的相对位移过大而超过支座的变形能力或支承面宽度, 或超出梁间纵向约束装置的强度, 将导致锚固螺栓拔出或剪断, 支撑连接构件失效。还可导致支座附近混凝土发生裂缝、活动支座脱落等
5、现象。 6、 结点破坏 桥梁结点区域钢筋大量相交, 在施工上总是一个薄弱环节, 地震时结点区域应力复杂而有变化, 常导致结点区域混凝土的压碎和锚固筋的破坏, 一旦受损将难以修复。 二、桥梁抗震设计原则 1、桥梁抗震设计, 应结合地形、地质条件、工程规模及震害经验, 选择合理的桥型及墩台、基础型式。 2、利于抗震, 同一座桥中, 尽量避免高墩与大跨的结合, 桥梁宜采用减少上部结构自重并有利于抗震的结构形式。 3、桥梁宜体形简单、自重轻、刚度和质量分布均匀、重心低、便于施工。在构造上尽量避免截面突变及“头重脚轻”的现象。大跨度钢桁梁、空心桥墩是地震区桥梁设计的重点。 4、桥梁宜采用有利于提高结构整
6、体性的连接方式, 墩台结构采取提高其延性、震动衰减快的相关措施, 必要时设置减隔震支座, 塑性铰等防震装置。 5、桥梁宜尽可能采用技术先进、经济合理、便于修复加固的结构体系。 6、在抗震、防震措施方面, 应进一步开展减震、隔震支座的研究和应用; 加强钢筋混凝土桥墩的延性分析与计算, 确定桥墩塑性铰区域的范围。 三、 桥梁抗震设计方法 1、总体设计中应注意的问题 ( 1)桥位选择。 选择桥址时, 桥梁位置应选在良好和稳定的河段, 应避开地震时可能发生地基失效的松软场地, 选择坚硬场地。如果必须在稳定性差的软弱场地上河段通过时, 应尽量采用桥梁中线与河流正交, 这样即使地震产生河岸滑移, 影响也较
7、小; 若采用斜交, 地震时极易产生河岸向河心滑移, 会使桥梁随之发生错动或扭转破坏。拱桥应尽量避免跨越断层, 特殊困难情况下应进行地震安全性评价。 ( 2)桥型选择。 桥梁应结合地形、地质条件、工程规模及震害经验, 选择合理的桥型及墩台、基础型式。宜尽可能采用技术先进、经济合理、便于修复加固的结构体系。可以考虑采用减震的新结构, 比如型钢混凝土结构等。 ( 3)桥孔布置。 桥孔宜选用有利于抗震的等跨布置, 并尽量避免高墩与大跨的结合。宜体形简单、自重轻、刚度和质量分布均匀、重心低、便于施工。位于地震后可能形成泥石流沟谷上的桥梁, 孔跨和桥下净高宜根据流域内的地形、地质情况酌情加大。 2、 基础
8、处理 对于不良地质，可以根据不同的具体地质情况采用不同的方法进行处理。对于岩层较浅的地方，采用较大扩基或固定在基岩上。或者在扩基处砌筑厚度为 1.5-2m 的围裙。对于地基软硬不均，或砂层较厚地下水位较高地区要特别注意沙土液化，喷沙冒水现象的发生，可适当增加桥长，合理布孔，使桥墩、桥台避开地震时可能发生滑动的岸坡或地形突变的不稳定地段。或采用深桩、排桩穿过液化层，并采用系梁、承台等加强联结，或减轻结构自重，在非冲测线下一米处，设置围裙或条形基础，加大基础基底面积、减少基底偏心，并适当增加理置深度。亦可在台前或墩两侧设斜撑。并在考虑采用时，将水平地震力和竖向地震力加以组合验算。换士或采用砂桩也是
9、一种常用的方法。 3、桥墩处理 对于震区的桥墩，最好采用等截面，不宜做锥形截面墩，因为变截面的桥墩的纵波应力较大，而等截面桥墩的纵波应力相对较小，这样可以减少波应力。 在桥墩较粗能够承受较大拉力时(一般用于大桥)，为了防止桥面在地震时上抛，落下砸坏桥墩(桥台)，一般用高强螺栓或预理钢筋将桥梁及桥墩(台)联结起来。 对于中小桥，一般采用简支板(或预应力板)。它允许桥面与桥墩能够自由分开。地震时，为了防止桥面自由上抛时桥墩承受过大的拉力，同时，为了防止桥面落下时冲坏桥墩，在支座处安放弹簧或橡胶支座等缓冲的东西。 4、桥梁抗震构造措施 ( 1)对常规的简支桥梁结构应加强桥面的连续构造, 以及需提供足
10、够的加固宽度以防止主梁发生位移落梁, 另外还应适当的加宽墩台顶盖梁及支座的宽度, 并增设防止位移的隔挡装置。对采用橡胶支座而无固定支座的桥跨, 应加设防移角钢或设挡轨, 作为支座的抗震设计。 ( 2)在地震区的桥梁结构以采用跨度相等、每联连续跨内下部墩身刚度相等为宜。跨度不均, 墩身刚度不等极易发生震害。对各墩高度相差较大的情况可采用调整墩顶支座尺寸和桩顶设允许墩身位移的套筒来调整各墩的刚度, 以便使之刚度尽量保持一致。地震区桥跨不宜太长, 大跨度意味着墩柱承受的轴向力过大, 从而降低墩柱的延性力。 ( 3)对高烈度区的桥梁设计应在纵向设置一定的消能装置, 如采用减、隔震支座, 以及在梁体和墩
11、台的连接处增加结构的柔性和阻尼以便共同受力和减小水平桥梁荷载。 ( 4)由于拱桥对支座水平位移十分敏感, 而两边桥台的非同步激振会引起较大的伪静力反应, 有时甚至会大于惯性力所引起的动力反应, 因此要求震区的拱桥墩台基础务必设置于整体岩盘或同一类型的场址以保证震时各支座的同步激振。 ( 5)桥梁的基础应尽可能的建在可靠的地基上, 应加强基础的整体性和刚度, 同时采取减轻上部荷载等相应措施,以防止地震引起动态和永久的不均匀变形。在可能发生地震液化的地基上建桥时, 应采用深基础, 使桩或沉井穿过可能液化的土层埋人较稳定密实的土层内一定深度。并在桩的上部, 离地面 1 3 m 的范围内加强钢筋布设。
12、 ( 6)墩柱设计中应尽可能的使用螺旋形箍筋, 以便为墩柱提供足够的约束。另外墩身及基础的纵向钢盘伸入盖梁和承台应有一定的锚固长度以增强连接点的延性, 并且, 桥墩基脚处应有足够的抵抗墩柱弯矩与剪切力的能力, 不允许有塑性铰接。 ( 7)采用将桥墩某些部位设计成具有足够的延性, 以使在强震作用下使该部位形成稳定的延性塑性铰, 并产生弹塑性变形来延长结构的振动周期, 耗散地震力。 ( 8)采用上部结构和桥墩完全连接的刚构体系, 并且桩尖穿过可液化层达到坚硬土层上, 由于结构的超静定次数增大和坚实的桩尖承载能力的保证, 减少了由于土壤变形而失效的可能性。 综上所述, 目前地震虽然是不可控制的, 但
13、是只要我们加强对桥梁震害及抗震机理的深入研究, 制定先进的抗震设防原则, 采取科学有效的抗震设防措施, 严格控制工程质量, 就一定能将地震灾害降到最小, 确保交通运输线的畅通。 参考文献： 1 王晶莹. 浅谈桥梁抗震设计J. 黑龙江科技信息. 2009(11) 2 齐文艳. 浅谈公路桥梁震害、抗震设计及抗震措施J. 吉林省教育学院学报(学科版). 2011(02) 3 刘蕾蕾. 混凝土梁式桥典型震害及抗震措施研究J. 西南公路. 2008(04) 4 于淑兰. 桥梁抗震设计J. 辽宁交通科技. 2004(04) 5 罗志坚,李木荣. 桥梁抗震的构造措施J. 中国新技术新产品. 2009(24) 6 王成伟. 桥梁震害及抗震设计的基本原则与方法J. 公路运输文摘. 2004(09) 7 王文胜. 桥梁的抗震设计措施J. 中国新技术新产品. 2010(16)
