2022年桥梁抗震设计 .pdf

《2022年桥梁抗震设计 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年桥梁抗震设计 .pdf（3页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、桥 梁桥 梁 抗 震 设 计于淑兰(辽宁省交通勘测设计院,沈阳 110005)摘 要 通过分析桥梁震害及产生原因,从设计的角度提出一些抗震措施,并讨论了笔者在应用规范进行抗震设计时发现的问题。关键词 桥梁震害 抗震措施 抗震规范1 概述路线是一种线状工程构造物,所经过的自然地理环境复杂多变,经常遭受自然灾害的破坏。其中地震对公路工程具有极大的破坏作用,常常造成严重的交通中断。国内外的地震灾害表明,交通网络在整个社会生命线抗震防灾系统中越来越重要。震区桥梁的损坏坍塌,不仅阻碍当时的救援工作,而且影响灾后的救援工作。所以对桥梁抗震应给予充分的重视。2 基本概念这里简要阐述几个工程设计人员常接触又易

2、混淆的基本概念作为参考。基本烈度:即全国烈度区划图确定的烈度。是一个地区在今后一定时期内,一般场地条件下可能普遍遭遇的最大地震烈度。它只反映了一个地区内各处地面受到地震影响程度的平均趋势,而忽略了局部场地条件的差异所造成的影响。设计烈度:建筑物在抗震设计中采用的地震烈度。即在基本烈度的基础上,根据地质、地形等因素,确定建筑物场地烈度,再根据建筑物的永久性和重要性,在场地烈度的基础上,适当地提高或降低,作为设计烈度。但现行公路抗震规范不再采用该名词。场地土类别:将地基土按其刚度划分。场地土质条件是影响地震特性的主要因素之一。每类场地土对应一条反应谱曲线。鉴于我国发生烈度为7 度、8 度、9 度的

3、地区比较广,故规范适用范围以基本烈度7、8、9 度地区为限。对于小于 7 度的地震地区,震害一般较轻,一般可不考虑设防。3 桥梁震害现象桥梁的震害现象与地震灾害现象是密不可分的,不同的地震灾害导致不同的桥梁震害现象的发生。两者有着直接必然的联系。3.1 地震灾害现象地震造成的地表破坏现象主要有地表断裂、滑坡、沙土液化、软土震陷等。3.1.1地表断裂地表断裂又称地裂缝,分为构造地裂缝与重力地裂缝两种。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。其切割很深,可以从地壳内的岩层直达地表,不受地貌影响。可延绵数十至上百公里。重力地裂缝是由于地面土质软硬不均匀及微地貌重力影响,在地震动作

4、用下形成的。与震前土质的稳定状态密切相关。在震区分布极广。3.1.2滑坡软弱黏性土土坡,层理倾斜或有软弱夹层等不稳定的边坡,在地震时由于附加水平力的作用或土层强度降低而发生滑动。导致修筑在这些边坡或附近的建筑物损坏。地震引起的滑坡是山区或丘陵地区的震害特点。在不稳定的人工边坡开挖面及平原地区河岸也会出滑坡。3.1.3沙土液化饱和沙土在地震的作用下,结构破坏,土颗粒发生相对位移,体积收缩,孔隙水压力暂时显著增大,当孔隙水压力上升到与外部压力相等时,沙土颗粒便形同“液体”呈悬浮状态,使土体抗剪强度丧失;另一方面,高压力孔隙水在喷出地面时,同时将沙土颗粒一并带出,形成“喷水冒沙”现象。?93?第4期

5、 辽宁 交 通 科 技?1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 3 页 -3.1.4 软土震陷在强震作用下,土体结构被扰动,强度降低,孔隙水压力增大,从边界排出,软黏土被压密,产生沉隐或不均匀沉陷。这种不均匀沉陷引起的内力重分布可导致结构特别是超静定结构破坏乃至倒塌。3.2 桥梁震害破坏形式桥梁的震害无非就是发生在桥梁的组成部位上的破坏。通常桥梁都是由上部结构、支持连接构件、墩台等下部结构和基础组成。所以桥梁震害大体分为四类。3.2.1

6、 上部结构破坏对于梁式结构由于地震效应造成结构本身的破坏在报道中见的不多。梁式结构破坏多是在地震作用下支撑连接构件破坏或下部结构失效导致的落梁。而落梁对墩台侧壁的撞击又对下部结构造成破坏。拱式结构主要表现为拱上建筑和腹拱破坏,拱圈在拱脚和拱顶出现裂缝,拱圈隆起变形甚至倒塌。3.2.2 支撑连接构件破坏桥梁的支座、伸缩缝和剪力键等薄弱的构件在外力作用下总是最易受损的。1975 年海城地震,9 度区的大石桥镁矿专用线上赵家堡大桥(516m 钢筋混凝土梁),22mm 的锚栓共剪断36 根;营口 8 度区少数钢筋混凝土桥梁折断,桥面开裂,伸缩缝加宽。3.2.3 下部结构破坏圬工下部一般出现倾斜、倒塌、

7、开裂破坏。钢筋混凝土结构会出现轻微开裂、保护层混凝土剥落、纵向受力主筋压曲,截面变化处核心混凝土压碎等。3.2.4 基础破坏扩大基础和桩基的承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。1975 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 7 号墩震后墩身中心向河心移1.196m,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,从文献 2 中的调查可以看出,跨度大的桥梁震断破坏比较严重;粉、细砂类地基上桥梁

8、破坏也相对严重,而墩身小于5m 的桥梁在地震中却基本完好。3.3 桥梁震害分析上部结构破坏和支撑连接构件破坏都是由于支撑连接构件失效所致。在地震中,如果上、下部结构的相对位移过大,超过支座的变形能力或支撑面宽度、或超出梁间纵向约束装置的强度,支撑连接构件就可能失效。支撑连接构件失效后,上、下部间缺少足够的约束,其相对位移进一步加大,可能导致落梁。而落梁的冲击力又会损毁下部结构。支撑连接件失效主要是因为设计上使用了偏低的设计地震荷载或用全截面而非开裂截面计算刚度从而低估了相邻梁跨间的相对位移。在地震中下部结构如不能抵抗其自身的惯性力和支座传递的上部结构的地震力,墩和台就会开裂甚至折断。如果桥墩设

9、计的延性较差,一旦抗力不足,就会发生脆性破坏并丧失承载能力。继而上部结构也遭受到破坏。桥梁墩台破坏源于设计和构造两方面原因。首先是纵向受力主筋在墩底或梁柱结合处过于集中的搭接或焊接,因搭接或焊接强度不足,在地震荷载作用下,纵向主筋尚未达到设计强度而钢筋连接的位置出现搭接失效而弯曲破坏。或者取用较小的地震荷载,造成结构实际抗弯强度不足。其次,箍筋直径过小,间距过大会造成结构的设计抗剪能力不足。再次,纵向主筋和横向箍筋的锚固长度不足,箍筋端部未作成135 弯钩伸向核心混凝土部分,主筋集中截断或搭接等构造上的缺陷也是造成下部结构破坏的原因。当结构周围的地基受到地震作用强度降低时,基础就会发生沉降或滑

10、移,引起墩台倾斜、倒塌或折断,这是导致桥梁结构破坏的重要原因。总之,桥梁震害可能是由于上述的一种因素造成,也可能是几种因素共同作用的结果。4 桥梁抗震措施(1)结构的刚度对称有利于抗震,不等跨的桥梁容易发生震害。特别是一座桥内墩身高度相差过大,在较矮的桥墩上会产生很大的地震水平力;跨径不同,在大跨径的桥孔的桥墩上也产生大的地震力。设计上尽量避免在高烈度区采用这种桥型,如无法避免,宜在不利墩上设置消能措施降低墩顶集成刚度,例如设抗震支座等。(2)斜桥的抗震性能较差。由于斜桥的抗推刚度非常大,在高烈度区,相应于桥墩的基本周期动力放大系数也非常大,这导致地震效应扩大。另外,在桥台处,地震时河岸不稳,

11、易向河心滑移,使桥长缩短,桥孔发生错动或扭转,造成墩台身开裂或折断。建议如地基条件允许,台身可作成T 型或 U 型这类整体性强、抗扭刚度大的,或采用埋置式。如在松软?04?辽 宁 交 通 科技 2004?1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 3 页 -的地基上,桥梁宜正交,并适当增加桥长,使桥台放在稳定的河岸上。(3)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入较稳定密实的土层内。沈山高速公路辽中段

12、地质中普遍有相当厚度的粉沙和细沙,在设计时,这部分土层只计厚度,不考虑其力学性质。(4)采用浅基的小桥和通道应加强下部的支撑梁板或做满河床铺砌。使结构尽量保持四铰框架的结构,防止墩台在地震时滑移。(5)在高烈度区的大跨径桥梁,纵向梁间设置消能设施,消能设施应有足够的强度,并能满足梁端位移要求。此外,为防止发生落梁,应加强上、下部结构之间的联系。桥梁的支座锚栓、销钉、剪力键等应有足够的强度。例如,田庄台辽河桥在震后修复中,就将原来摆柱式混凝土支座加两个“翅膀”,形似企鹅,以此来加强稳定性;在两临孔T梁梁间加设连接粗钢筋。对于全桥均设橡胶支座无固定支座的桥梁,应加强防移角钢或设挡轨。(6)规范上相

13、对于不同的地震烈度提出不同的细部要求。这里不再赘述。5 桥梁抗震加固措施今年来,省内外有一些未作抗震设计或抗震能力不足的桥梁需要进行抗震加固,加固的目标主要有:(1)增加伸缩缝处墩顶的支撑宽度或采用拉杆、挡块等装置限制落梁发生;(2)提高桥墩的强度和延性,增加其耗能能力;(3)采用减隔震技术及专门的耗能装置提高桥梁的抗震性能;(4)向基础周围土壤或桥台背后路基填方在破坏棱体范围内土体压注水泥浆进行固化处理,提高基础底面的摩擦系数和桥台处地基强度。现阶段钢筋混凝土桥墩的抗震加固技术主要有:加大截面加固法。这种方法对提高桥墩的强度及刚度较提高延性更有效,更适合于未进行抗震设计的桥梁。加固的效果取决

14、于新旧混凝土之间的良好共同作用及钢筋的锚固性能。缺点是不美观,也不适于水下施工。钢板 角钢加固法。在矩形或方形桥墩的四周设置钢板并在转角处用焊接角钢连接,可显著提高强度和刚度。钢纤维混凝土加固法。复合材料(玻璃纤维、碳素纤维)加固法。外包钢管加固法。环氧树脂混凝土加固法。GFRP(玻璃纤维增强塑料)管外包加固法。后面几种方法对提高桥墩的延性和耗能能力、防止钢筋搭接破坏、提高桥墩塑性铰区的抗剪强度均有良好效果。6 应用现行公路工程抗震设计规范有待解决的问题(1)规范规定地震荷载的计算方法:一般情况下桥墩采用反应谱理论计算,桥台采用静力法。规范仅笼统地给出几个公式。公式内的参数表面上只与烈度有关,

15、而反映结构弹塑性“动”力特性、结构阻尼和几何非线性的效果比较差。(2)场地土类型的划分比较粗糙。工程场地的条件千变万化,设计人员对工程地质的认识程度有别,而场地土类别的取用对动力放大系数的影响很大,直接影响地震荷载的大小。(3)桥台地震主动土压力计算公式既未反应台后和地基不同土质的动力特性,也未考虑桥台斜向设置的影响。(4)计算结构基本周期的公式未考虑斜向桥墩抗推刚度大的特点,也没有明确指出设在伸缩缝下的桥墩应划分到哪部分,这影响结构的自振周期、动力放大系数和地震力在结构上的分配。目前,按现行规范计算桥梁地震荷载,普遍存在人为因素影响大的问题。这一方面亟待更真实反应地震特点、便于普通设计人员接

16、受和应用的规范早日出台;另一方面,设计人员要注意积累设计经验,加强细部构造设计,不留或争取少留设计隐患。BridgeEarthquakeResistance DesignAbstract This paper analyzed bridge earthquake damageand causes.From aspect of design,presentedsome earthquake resistance measuresand discussedproblems discovered by the author applying specifications onearthquake resistance design.Key words bridge earthquake damageearthquake resistancemeasuresearthquake resistance specifica 2tions?14?第4期 于淑兰:桥梁抗震设计?1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 3 页 -