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橋梁抗震設(shè)計(jì)研究論文
橋梁抗震設(shè)計(jì)研究論文主要針對(duì)橋梁抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)、破壞的類型、橋梁的防震措施進(jìn)行了研究。
橋梁抗震設(shè)計(jì)研究論文【1】
[摘 要]我國地震時(shí)常發(fā)生，震害強(qiáng)烈，破壞力大。
因此，對(duì)于我國的公路橋梁工程建筑來說，必須要加強(qiáng)防震措施，減少地震帶來的損失。
我國安全防災(zāi)等相關(guān)部門要不斷加強(qiáng)公路橋梁質(zhì)量規(guī)范和設(shè)計(jì)，推進(jìn)抗震措施的理論發(fā)展和實(shí)踐技術(shù)，來保障人民財(cái)產(chǎn)在地震災(zāi)害中不受較大的損失，促進(jìn)社會(huì)的和諧發(fā)展。
[關(guān)鍵詞]橋梁抗震設(shè)計(jì)、破壞的類型、措施
一、地震給橋梁帶來的破壞類型
(一)支座破壞
根據(jù)我國對(duì)地震災(zāi)害中橋梁的調(diào)查顯示112座橋梁中有53座橋梁約占47%發(fā)生了支座破壞，綜合國內(nèi)外十次大地震的調(diào)查報(bào)告，支座的破壞現(xiàn)象屬于普遍現(xiàn)象。
支座的地震災(zāi)害主要表現(xiàn)為支座傾斜和剪斷、自動(dòng)支座的脫落和支座自身建造組成的破壞。
支座墊塊被重力壓碎，使得橋板不穩(wěn)定，甚至造成落梁。
落梁的發(fā)生與支座破壞密切相關(guān)，支承破壞使得橋梁上部失去支撐，造成落梁事故。
當(dāng)支座破壞時(shí)會(huì)使得墩-梁之間產(chǎn)生位移，當(dāng)墩梁間的相對(duì)位移大于主梁擱置長度后，主梁將從橋墩脫落從而使得發(fā)生落梁。
(二)梁體移位造成的破壞
上部梁體的移位是震害中常見的破壞，根據(jù)地震的震向而發(fā)生縱向移位、橫向移位以及扭轉(zhuǎn)移位。
其中伸縮縫處發(fā)生移位成為主要災(zāi)害。
地震時(shí)地勢的扭曲，橋梁的梁體移位是絕對(duì)的。
如果震幅較小不會(huì)發(fā)生太大的移位，震后將換掉不能正常工作的的支座，把梁體加固后恢復(fù)原位，橋梁就還可以正常工作。
但是，如果震幅過大，造成較大移位就會(huì)導(dǎo)致落梁。
所以采取抗震措施減小梁體位移就顯得十分重要。
就如云南地震時(shí)的有些橋梁上部結(jié)構(gòu)沒有落梁，發(fā)生了比較大的移位。
雖然沒有出現(xiàn)塌落事故，但是已經(jīng)成為廢橋不再能夠正常使用了。
(三)地基與基礎(chǔ)破壞
地基與基礎(chǔ)的嚴(yán)重破壞是導(dǎo)致橋梁倒塌的重要原因，而且倒塌后基本無法修理。
基礎(chǔ)與地基的緊密相連，基礎(chǔ)的好壞直接影響著地基的穩(wěn)定程度。
基礎(chǔ)的破壞勢必會(huì)引起地基的破壞，使得出現(xiàn)移位、傾斜、下沉、折斷和屈曲失穩(wěn)等現(xiàn)象。
擴(kuò)大基礎(chǔ)的震害一般由砂土液化、地基失效的不均勻沉降、土承載力和穩(wěn)定性較差、地面變形較大等導(dǎo)致地層發(fā)生水平滑移、下沉、斷裂而造成的基礎(chǔ)破壞。
常見基礎(chǔ)破壞除了上面的原因外，還有上部結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)下來的慣性力所引起的樁基剪切、彎曲破壞，更有樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不當(dāng)所引起的。
橋墩在地震中會(huì)出現(xiàn)橋墩傾斜、沉降、移位、墩身剪斷、開裂，受壓緣的混凝土崩壞，鋼筋屈曲、裸露，橋墩與基礎(chǔ)連接處折斷、開裂等現(xiàn)象。
二、橋梁的抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)
(一)抗震概念設(shè)計(jì)
地震的發(fā)生存在多種偶然的復(fù)雜性因素，使得結(jié)構(gòu)計(jì)算模型需要的假定結(jié)果與實(shí)際情況存在較大差異，以致計(jì)算機(jī)在一定程度上難以預(yù)測抗震性能。
所以，在橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，不一定要完全信賴計(jì)算，概念設(shè)計(jì)其實(shí)比計(jì)算設(shè)計(jì)更加準(zhǔn)確可信。
優(yōu)秀的概念設(shè)計(jì)使得橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能更加出色。
優(yōu)秀的概念設(shè)計(jì)需要根據(jù)橋梁的功能和結(jié)構(gòu)作出相應(yīng)的力學(xué)分析，設(shè)計(jì)出獨(dú)特的防震結(jié)構(gòu)體系。
抗震橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)動(dòng)力特征進(jìn)行簡單分析和對(duì)震力進(jìn)行預(yù)測，找到橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的薄弱部位進(jìn)行加固;然后對(duì)上、下部結(jié)構(gòu)連接部位和過渡孔處連接部位及塑性鉸預(yù)期部位和橋墩形式的選取、構(gòu)造設(shè)計(jì)等進(jìn)行分析同時(shí)作出相應(yīng)的補(bǔ)救措施，防治橋梁出現(xiàn)坍塌，來保證橋梁結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、抗震安全性和選擇結(jié)構(gòu)體系正確性。
最后，應(yīng)根據(jù)分析結(jié)果對(duì)抗震性能的好壞進(jìn)行綜合性評(píng)定，根據(jù)分析結(jié)果再對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行不斷的修改和完善，力求達(dá)到最佳。
(二)延性抗震設(shè)計(jì)
橋梁的抗震設(shè)計(jì)，要對(duì)預(yù)期會(huì)出現(xiàn)的塑性鉸部位進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)其進(jìn)行加固和防護(hù);同時(shí)為保證抗震安全性，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，直到通過抗震能力檢測。
考慮多數(shù)條件，多種墩高和場地及多種地震烈度的情況，在進(jìn)行橋墩線彈性最大彎矩比和非線性位移延性比參數(shù)的變化規(guī)律分析是通過大量數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)和計(jì)算得到的，根據(jù)隨機(jī)地震反應(yīng)理論和動(dòng)力計(jì)算，總結(jié)出估算解決橋墩位移延性的方法，降低地震所造成的危害。
(三)橋梁減、隔震設(shè)計(jì)
進(jìn)行橋梁減震和隔震設(shè)計(jì)可以較好地提高橋梁抗震能力，并且具有簡便、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。
減隔震支座的設(shè)計(jì)裝置使得結(jié)構(gòu)消耗的能量較少同時(shí)增大結(jié)構(gòu)的振型周期，降低了地震時(shí)的震波頻率，良好的自我復(fù)位能力結(jié)合了結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選取適當(dāng)?shù)慕ㄔO(shè)方案，建立相應(yīng)的建造參數(shù)，合理有效的使得結(jié)構(gòu)地震的反應(yīng)程度降低，使地震后橋梁上部結(jié)構(gòu)基本能夠恢復(fù)到原來的位置，最大程度的減少了橋梁建筑損失程度。
(四)場地的選擇
在場地選擇的過程中，應(yīng)該選擇有利于橋梁抗震的地勢基礎(chǔ)。
其中有利于抗震的地段主要指一些土壤條件好和比較堅(jiān)實(shí)的地段。
不利于橋梁抗震的地段主要是指在地震的過程中可能發(fā)生陷落的松軟地段以及土壤成因、巖石狀態(tài)和性質(zhì)都不明顯的地段。
三、公路橋梁的防震措施
(一)防止落梁的措施
主梁的支承長度按照公式：a≥50+L(L是指梁的跨徑;L單位為m;a單位為cm)有伸縮縫的相聯(lián)橋墩在設(shè)置主梁限位裝置的時(shí)候，適當(dāng)?shù)膶⒅髁旱闹С虚L度在伸縮范圍內(nèi)取值稍微偏大一點(diǎn)。
依據(jù)國內(nèi)外建設(shè)規(guī)范以及抗震建筑設(shè)計(jì)細(xì)則，應(yīng)設(shè)置縱向防落梁的安全防衛(wèi)構(gòu)造，但是限位裝置不能妨礙防落梁構(gòu)造作用的正常發(fā)揮。
擋板構(gòu)造尺寸應(yīng)該適當(dāng)偏大，主筋配筋要足，擋塊內(nèi)側(cè)加入減震橡膠塊，特別是在斜彎橋設(shè)計(jì)中應(yīng)比直線橋具備更多的考慮擋塊，內(nèi)側(cè)不僅應(yīng)設(shè)置橡膠塊，還應(yīng)考慮留有不小于5cm的縫隙，同時(shí)橋墩蓋梁端部懸出擋塊外10cm為宜。
(二)橋臺(tái)的抗震防護(hù)措施
橋臺(tái)胸墻需要加強(qiáng)，并加大配筋數(shù)量，用來緩沖地震的作用力。
在各個(gè)梁中間和梁與橋臺(tái)胸墻中間適當(dāng)設(shè)置彈性墊塊，選取淺基的橋洞和通道來加強(qiáng)下部的支撐梁板，為防止墩臺(tái)在地震時(shí)滑移，盡量使結(jié)構(gòu)形狀保持四鉸框架。
當(dāng)橋位位置處于液化土或軟土的地基時(shí)，使得橋梁中線與河流保持正交形狀，并適當(dāng)增加架橋距離，才能保證橋梁的安全質(zhì)量。
當(dāng)橋臺(tái)處于路堤較高的高度時(shí)，這樣的情況就應(yīng)該首先選擇在地形平坦、橫坡較緩的地段通過，來保證橋臺(tái)的穩(wěn)定。
橋臺(tái)高度的降低是穩(wěn)定的前提，然后再將臺(tái)身掩埋在路堤土方內(nèi)，保證填土的密實(shí)度。
基礎(chǔ)的建設(shè)應(yīng)盡量采取整體性強(qiáng)的T形、U形或箱形橋臺(tái)，來保證地基的穩(wěn)定強(qiáng)度。
為防止砂土在地震時(shí)液化，橋臺(tái)背部的每一層都需要非透水性的填料進(jìn)行夯實(shí)，并且要加強(qiáng)防水設(shè)施的建設(shè)。
(三)橋墩抗震保護(hù)措施
橋梁抗震設(shè)計(jì)中利用橋墩的延性減震的方法是現(xiàn)在最實(shí)用的方法。
高位橋墩應(yīng)該采用鋼筋混凝土的建筑結(jié)構(gòu)，同時(shí)加強(qiáng)空心截面，加大橋樁和橋柱的半徑。
在橋墩塑性鉸位置和挨著承臺(tái)下樁基的范圍區(qū)域內(nèi)加強(qiáng)箍筋數(shù)量的配置，墩柱之間的箍筋距離與延性有著重要關(guān)系，距離越大延性越小，相對(duì)的間距越小延性越大。
橋墩的高度相差過大時(shí)高度低的墩將延性較差最先受到嚴(yán)重的破壞。
現(xiàn)有的絕大多數(shù)橋梁建筑中的結(jié)構(gòu)都是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，雖然鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有優(yōu)秀的抗震性能，但是如果設(shè)計(jì)不合理，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在地震的作用下就會(huì)造成巨大的破壞。
所以，通過一些抗震的措施來保證結(jié)構(gòu)具有抗震所需的延性，抗震能力十分重要，這種做法也是為了在大強(qiáng)度的地震中保證橋臺(tái)建筑物的結(jié)構(gòu)不被改變和破壞，從而實(shí)現(xiàn)建筑抗震設(shè)計(jì)這一目標(biāo)，使建筑物結(jié)構(gòu)的完整與安全得到有效地保障。
橋梁工程的抗震設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)橋梁質(zhì)量安全有著重要的意義。
四、結(jié)束語
近些年來，國內(nèi)外地震災(zāi)害頻繁發(fā)生，給人類生存帶來了極大的威脅。
隨著科技的發(fā)展，我國在抗震措施方面有了較大的突破。
在公路橋梁設(shè)計(jì)上對(duì)抗震建設(shè)的重視，保證了人民財(cái)產(chǎn)的安全和公路橋梁設(shè)施的完整，避免了公路橋梁結(jié)構(gòu)受到地震災(zāi)害的毀滅。
主要闡述了我國公路橋梁的主要震害，對(duì)公路橋梁設(shè)計(jì)與抗震措施進(jìn)行了簡單的分析和指導(dǎo)。
公路橋梁抗震設(shè)計(jì)研究論文【2】
摘 要：作者針對(duì)公路橋梁抗震設(shè)計(jì)做了一些理論和實(shí)踐的探討，內(nèi)容主要包括橋梁結(jié)構(gòu)震害及其原因分析和橋梁減震設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并對(duì)公路橋梁抗震設(shè)防措施進(jìn)行了介紹
關(guān)鍵詞：公路橋梁;抗震設(shè)計(jì)
我國處于世界兩大地震帶———環(huán)太平洋地震帶和亞歐地震帶之間，是一個(gè)強(qiáng)震多發(fā)國家，汶川、玉樹地震表明強(qiáng)烈地震將引發(fā)長期的社會(huì)政治、經(jīng)濟(jì)問題，并帶來難以慰籍的感情創(chuàng)傷。
在抗震救災(zāi)中，公路交通運(yùn)輸網(wǎng)更是搶救人民生命財(cái)產(chǎn)和盡快恢復(fù)生產(chǎn)、重建家園、減輕次生災(zāi)害的重要環(huán)節(jié)，所以公路橋梁是生命系統(tǒng)工程中的重要組成部分，公路橋梁抵抗震害的能力是橋梁設(shè)計(jì)中重點(diǎn)關(guān)注的問題之一[1]。
1.橋梁結(jié)構(gòu)震害及其原因分析
要想建立正確的抗震設(shè)計(jì)方法、采取有效抗震措施,對(duì)公路橋梁震害及其產(chǎn)生的原因的調(diào)查和分析是必不可少的。
從世界各國的地震震例統(tǒng)計(jì)資料看,公路橋梁的震害現(xiàn)象主要有以下幾種:一、對(duì)梁式橋梁地震位移造成上部活動(dòng)節(jié)點(diǎn)處因蓋梁寬度設(shè)置不足導(dǎo)致落梁或梁體相互磁撞引起的破壞,而對(duì)拱式結(jié)構(gòu)則主要表現(xiàn)在拱上建筑和腹拱的破壞,拱圈在拱頂、拱腳產(chǎn)生的破損裂縫,甚至整個(gè)隆起變形。
二、由于地震造成的地基土液化,加大了地面位移從而加劇了結(jié)構(gòu)反應(yīng),大大增大了落梁的可能性。
三、對(duì)支座的抗震要求考慮不足造成支座發(fā)生過大的位移和變形從而造成支座本身構(gòu)造上的破壞等,進(jìn)而對(duì)結(jié)構(gòu)的其他部位產(chǎn)生不利的影響。
四、橋梁下部結(jié)構(gòu)抗力不足導(dǎo)致的地震時(shí)下部開裂、變形和失效,進(jìn)而對(duì)全橋的不利影響。
五、地震時(shí)使得在松軟地基上的橋梁在發(fā)生河岸滑移導(dǎo)致全橋長度的縮短而造成的比較嚴(yán)重的震害[2]。
2.橋梁減震設(shè)計(jì)要點(diǎn)
對(duì)于地震區(qū)的橋型選擇，宜按下列幾個(gè)原則進(jìn)行：盡量減輕結(jié)構(gòu)的自重和降低其重心，以減小結(jié)構(gòu)物的地震作用和內(nèi)力，提高穩(wěn)定性，力求使結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量中心與剛度中心重合，以減小在地震中因扭轉(zhuǎn)引起的附加地震力，應(yīng)協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)物的長度和高度，以減少各部分不同性質(zhì)的振動(dòng)所造成的危害作用，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，加強(qiáng)地基的調(diào)整和處理，以減小地基變形和防止地基失效。
2.1結(jié)構(gòu)的剛度對(duì)稱有利于抗震,不等跨的橋梁容易發(fā)生震害。
特別是一座橋內(nèi)墩身高度相差過大,在較矮的橋墩上會(huì)產(chǎn)生很大的地震水平力,跨徑不同。
在大跨徑的橋孔的橋墩上也產(chǎn)生大的地震力。
設(shè)計(jì)上盡量避免在高烈度區(qū)采用這種橋型,如無法避免。
宜在不利墩上設(shè)置消能措施降低墩頂集成剛度,例如設(shè)抗震支座等。
2.2對(duì)橋梁抗震性加以分析研究,某類結(jié)構(gòu)不能在地震區(qū)應(yīng)提出更能內(nèi)修建,在分析研究原有結(jié)構(gòu)抗震性能的基礎(chǔ)上,適應(yīng)地震作用的結(jié)構(gòu)型。
其次,對(duì)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)不是被動(dòng)地作為地震作用時(shí)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、變位的驗(yàn)算,而是要從設(shè)計(jì)角度,提高結(jié)構(gòu)的防震能力,要系統(tǒng)考慮結(jié)構(gòu)的行為能力設(shè)計(jì)。
2.3結(jié)合我國國情,研究結(jié)構(gòu)控制的有效型式,加強(qiáng)抗震措施，必須采用“以柔克剛”的設(shè)想來考慮地震區(qū)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的“以剛克剛”的舊傳統(tǒng)設(shè)防觀點(diǎn)，對(duì)地裂、地出發(fā)點(diǎn),改變單純的邊坡倒塌、沙土液化時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)如何抗震設(shè)防也應(yīng)該做出深入的研究[3]。
2.4針對(duì)目前大量高架橋倒塌毀壞的教訓(xùn),必須開展對(duì)抗震支座、各種型式橋墩的延性研究,要利用約束混凝土的概念預(yù)應(yīng)力混凝土,而且可以提高它的延性。
不但對(duì)鋼筋混凝土、混凝土結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)的延性都需展開研究。
3.公路橋梁抗震設(shè)防措施
合理的結(jié)構(gòu)形式和成功的抗震設(shè)計(jì),即合理的概念設(shè)計(jì)可以大大地減輕甚至避免震害的發(fā)生。
一個(gè)是概念設(shè)計(jì)、一個(gè)是構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。
需要注意的是,這兩個(gè)東西其實(shí)和具體的抗震計(jì)算關(guān)系不大,計(jì)算只是輔助手段,只是驗(yàn)證概念和細(xì)節(jié)的合理性。
所以設(shè)計(jì)師需要的是對(duì)橋梁抗震設(shè)計(jì)基本概念和原理的深刻理解。
從結(jié)構(gòu)上來說,要清楚哪些結(jié)構(gòu)有利于抗震,哪些結(jié)構(gòu)抗震不利,其中包括橋型、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、墩臺(tái)、基礎(chǔ)的處理等等。
構(gòu)造細(xì)節(jié)措施則包括一些基本的抗震措施,比如支座的選擇、擋塊的設(shè)置等等,還包括構(gòu)件細(xì)節(jié)的構(gòu)造措施、比如墩的箍筋配置、節(jié)點(diǎn)配筋構(gòu)造。
國內(nèi)外橋梁抗震研究人員一直都在研究橋梁的合理構(gòu)造措施,合理的構(gòu)造措施可以提高整體的延性及滯回耗能能力。
在確定路線的總走向和主要控制點(diǎn)時(shí),應(yīng)盡量避開基本烈度較高的地區(qū)和震害危險(xiǎn)性較大的地段;在路線設(shè)計(jì)中,要合理利用地形,正確掌握標(biāo)準(zhǔn),盡量采用淺挖低填的設(shè)計(jì)方案以減少對(duì)自然平衡條件的破壞。
對(duì)于地震區(qū)的橋型選擇,宜按下列幾個(gè)原則進(jìn)行:盡量減輕結(jié)構(gòu)的自重和降低其重心,以減小結(jié)構(gòu)物的地震作用和內(nèi)力,提高穩(wěn)定性;力求使結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量中心與剛度中心重合,以減小在地震中因扭轉(zhuǎn)引起的附加地震力;應(yīng)協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)物的長度和高度,以減少各部分不同性質(zhì)的振動(dòng)所造成的危害作用;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;加強(qiáng)地基的調(diào)整和處理,以減小地基變形和防止地基失效。
4.結(jié)語
雖然目前地震還不可有效的預(yù)測,但是只要我們通過研究認(rèn)識(shí)到地震對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞規(guī)律,我們就能通過一定的抗震設(shè)防原則制定相關(guān)的抗震設(shè)防措施并控制好施工質(zhì)量,這樣就能盡量減低震害的影響。
參考文獻(xiàn)
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