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浅谈桥梁抗震设计

台因本身刚度比较大,自身震害极少见。 多是地基发生沉降滑移造成基础变位。桩基础却有发生剪断倾斜的破坏。 年海城地震时,田庄台辽河大桥正处在施工中,桩基已施工完毕,部分桥墩和过 渡桥台刚刚建成,震后观测到桩顶和墩身倾斜,有的有开裂。特别是号墩震后 墩身中心向河心移,不排除基桩在河床基土液化深度下的嵌固点附近出现 细微弯裂和基桩末端无筋段被剪断的可能。另外,跨度大的桥梁震断破坏比较严 重粉细砂类地基上桥梁破坏也相对严重,而墩身小于的桥梁在地震中却基 本完好。 五桥梁结构抗震计算 静力法。静力法的概念是日本大房森吉在年提出的,此方法假设结 构物各个部分与地震具有相同的振动,结构物上只作用着地面加速度乘以结构质 量所产生的惯性力,惯性力具有与静力同样的性质,用等效静力作用于结构上, 进行结构线弹性静力分析,计算其地震响应。静力法以地震荷载代替结构在地震 强迫振动下的激励外因,作用于结构的计算静力效应代替结构在地面运动激励下 的动力效应。从动力学的角度来看,把地震加速度看作结构地震破坏的的单因 素,静力法具有极大的局限性,它忽略了结构的动力特性这重要因素,只有当结构物的基本固有周期比地面运动卓越周期小很多时,结构物在地震振动时才可 能几乎不产生变形而可以被当作刚体,静力法才成立。不过,弹性静力法概念容 易理解,计算简单,因此在实际工程应用中仍然受到欢迎。 动力反应谱法。年提出了反应谱理论,并给出世界上第 条弹性反映谱曲线年提出基于加速度反应谱曲线的弹性 反应谱法年率先把该法应用于抗震设计年第届世界 地震工程会议后,被许多国家采纳并应用于工程结构抗震设计规范中。 反应谱方法的基本原理是作用于结构的实际地震波是由含有定卓越频率 的复杂波组成,当地震的卓越频率和结构的固有频率相致时,结构物的动力 反应就会变大。不同周期单自由度振子在地震记录激励下,可得到体系周期 与绝对加速度相对速度和相对位移的最大反应量之间的关系曲线,即加速度反 应谱速度反应谱和位移略不计。因此 上面两式可以简化为 由于地震加速度是不规则的函数,上述积分公式般要通过数值积分的方法 来求得反应的时程曲线。根据反应谱曲线,对于个单自由度弹性体系,如果已 知其自振周期和阻尼比,就可以从曲线中查得该体系在特定地震记录下的最大加 速度。对于可以近似为单自由度体系规则的桥梁,其最大地震惯性力可以用相应 的反应谱求出 目前采用的反应谱法对结构地震力采用弹性反应谱理论进行分析,反应谱法 的最大缺点是假定结构是弹性状态。无法反应地震动持时和非线性的影响,原则 上只适用于弹性结构体系。然而地震是种随机荷载,般允许结构在强烈地震 中进入非线性状态。而对于多振型反应谱法,还存在振型组合的问题。尽管如此, 因为弹性反应谱法通过反应谱概念将动力问题静力化,使得复杂问题变得简单易 行,所以得到了广泛的应用。 六延性抗震设计 材料构件或结构的延性,通常定义为在初始强度没有明显退化情况下的非 弹性变形能力。它包括两个方面的能力,是承受较大的非弹性变形,同时强度 没有明显下降的能力二是利用滞回特性吸收能量的能力。 在工程抗震中,般都希望利用结构和构件的延性抗震,即利用塑性铰减小 地震力,并耗散能量。通过延性抗震设计使结构具有能够适应大地震激起的反复 的弹塑性变形循环的滞回延性,则结构在遭遇设计预期的大地震时,尽管可能严 重损坏,但结构抗震设防的最低目标免于倒塌破坏,却始终能得到保证。 延性指标 在利用延性概念设计抗震结构时,首先必须确定度量延性的量化指标,即延 性指标。最常用的延性指标为曲率延性指标和位移延性指标。 曲率延性系数式中和分别表示塑性铰区截面的屈服曲率和极限曲率。 位移延性系数 式中和分别表示延性构件的屈服位移和极限位移。 延性构件的设计地震力 地震力折减系数 对属于完全延性结构类型的规则桥梁,般情况下可采用以下公式计算设计 地震力 式中为按弹性反应谱理论计算的弹性地震力为强度折减系数为 水平地震系数为结构的动力放大系数为桥梁总重。 对属于有限延性结构类型的规则桥梁,般情况下可采用以下公式计算设计 地震力 式中参数反应有限延性结构的变形能力储备。 七桥梁减隔震设计 桥梁减隔震原理 桥梁减隔震主要是将结构与可能引起破坏的地面运动尽可能分离开来,降 低桥梁结构的地震力。现阶段主要是利用柔性支承来延长结构的自振周期。桥梁 结构的自振频率与地震动卓越频率的祸合程度影响着地震作用下建筑物的破坏 程度。延长结构的自振周期可以有效地减小结构的地震加速度反应。通常采用减 隔震技术,是在桥梁结构的上部结构和下部结构间设置减隔震装置,以减隔震装 置的较大相对变形来减少上部结构的加速度反应,减少地震力的破坏程度,降低 地震力作用。通过延长结构周期虽然可以达到降低地震力,但这也会导致结构位 移反应增大,结构在正常使用荷载下结构发生过大振动。而通过引入阻尼装置,可以在增加结构的阻尼的同时,降低结构的加速度响应和上部结构的相对位移, 使得位移控制在允许的范围内,大部分地震能量将由减隔震装置的大变形来吸收, 减小了上部结构的惯性力,使下部结构基本上保持在弹性范围内,降低地震力的 作用。 常用的减隔震装置 叠层橡胶支座 叠层橡胶支座是国内桥梁结构中使用最多的隔震器,它由橡胶片与钢板交 替叠合粘接而成。由于钢板对橡胶片横向变形产生约束,使叠层橡胶垫具有非常 大的竖向刚度在水平刚度方面,薄钢板不影响橡胶的剪切变形,因而保持了橡 胶固有的柔韧性。橡胶支座主要是靠增加桥梁结构的柔性,从而延长结构的周期 来达到减震的效果。但是,叠层橡胶支座在减小桥墩台受到地震荷载的同时, 也增加了梁体与墩台之间的相对位移,因此具有定的局限性。 铅芯橡胶支座和新型减震支座 铅芯橡胶支座把橡胶和弹塑性阻尼较好的结合在起,具有较好的减隔震效 果。铅芯橡胶支座是种集隔震器阻尼器于体的隔震支座。它是在普通橡胶 支座中加入铅棒制造而成。铅具有屈服应力较低滞回曲线丰满的特点,同时还 是种较好的阻尼器。通过实验研究证明铅芯橡胶支座具有较好的滞回特性,其 初始刚度可以达到普通叠层橡胶支座的倍以上,其屈后刚度接近于普通叠层橡 胶支座的剪切刚度。铅芯橡胶支座是解决中短跨桥梁抗震问题简单可靠的方法, 但是铅芯橡胶支座耐久性差稳定性不高承载能力有限,这些都限制了其在桥 梁减隔震上的使用和发展。 桥梁减隔震设计的适用条件 从国内外已有的研究结果可知,如果满足下面三个条件或其中条就可尝 试隔震技术进行桥梁的隔震设计。 桥梁中有刚性墩,桥的基本振动周期比较短 桥梁的高度是不规则的,例如相邻桥墩的高度显著不同,因而可能存 在对个墩延性要求很高的情况 对于给定的场地,预期地面运动特性比较明确,具有较高的卓越频率 和在长周期范围内所含能量较低。下列条件不适合采用隔震设计 基础土层不稳定 下部结构柔性大,原有结构的固有周期比较长 位于软弱场地,延长周期可能引起共振 支座中出现负反力。 八桥梁抗震措施 由于地震是种随机发生的自然现象,所以对桥梁结构造成的损害也是随机 的。地震的发生时间空间以及强度上都还不能准确的预测,因此桥梁结构的抗 震设计若单纯按结构的强度设防,如增大上下部结构的断面尺寸加强各部分的 联系甚至改变结构的受力体系等可能是不经济,也是不科学的,有时甚至会产生 负面的效应。因而人们对抗震概念设计重要性的理解也愈来愈深刻对桥梁的抗 震设计决不能被动地作地震时结构强度及变位的验算,而是要根据地震作用及 震害的机理,从设计角度提高结构本身的抗震能力,也就是要从总体上考虑抗 震的工程决策,在充分分析和考虑结构震害机理的基础上,结合抗震需要,针对 桥梁不同的结构形式不同的地形地质条件不同的设防标准和桥梁不同的功能 等对结构的强度延性结构控制以及结构的整体稳定性进行抗震设计。根据上 述的指导思想我们在桥梁结构体系的选择桥型布置路线走向以及桥梁结构细 部设计中可以采取以下措施以达到结构防震减少震害的效果。 目前我国高速公路还处于建设的高峰期,还有很多高速公路桥梁需要建设作 为设计工作者,在桥梁设计过程中需要认真分析和了解结构的地震反应和特性, 精心设计并采取系列有效的抗震措施,不断完善自己的设计作品,更好地服务 于公路建设,大家共同总结经验,采取有效的措施来进步提高桥梁结构的抗震 能力,进而提高耐久性。 参考文献 薛瑞杰,袁万成。国内外桥梁延性抗震构造设计比较。工程抗震与加 固改造。,。 程海根,董明,李睿。桥梁抗震延性分析。工程力学增刊。。 黄继旺,李辉。关于桥梁抗震设计的探讨。中国新技术新产品。。 王志兵,周予伟。桥梁结构抗震设计计算方法浅析。建筑与工程。。刘志宇,王阔,苏杭。桥梁减隔震设计的粗浅认识。东北公路。。浅谈桥梁抗震设计 摘要桥梁工程在现代交通网络中起着重要的枢纽作用,但桥梁容易受到地 震等自然灾害的破坏作用,从而造员伤亡和财产损失,并使交通中断。本文 简单介绍了地震形成的原因及对桥梁造成的危害,并对桥梁抗震设计进行了简单 的分析。 关键词地震形成桥梁破坏结构抗震计算抗震设计抗震措施 桥梁抗震是为避免桥梁遭受地震的破坏所采取的技术措施。最近余年来, 全球的多次破坏性地震造成了非常惨重的生命财产损失。个很重要的原因是, 桥梁工程在地震中遭到了严重破坏,切断了震区交通生命线,造成救灾工作的巨 大困难,使次生灾害加重,从而导致了非常巨大的经济损失。而现代化城市,随 着人口的大量聚集和经济的高速发展,对交通线的依赖性将越来越强,旦地震 使交通线遭到破坏,可能导致的生命财产以及间接经济损失也将会越来越巨大。 多次破坏性地震再显示了桥梁工程遭到破坏的严重后果,也再显示了对桥梁 工程进行正确抗震设计的重要性。 地震概述 地球是由地壳地幔和地核构成。地震是地壳运动的种表现,与地质构造 有密切

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