橋梁抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討
2016-11-28
一、地震給橋梁帶來的破壞類型
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根據(jù)我國對地震災(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)支座破壞時會使得墩-梁之間產(chǎn)生位移，當(dāng)墩梁間的相對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。
?。ǘ┝后w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。地震時地勢的扭曲，橋梁的梁體移位是絕對的。如果震幅較小不會發(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?；A(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?；A(chǔ)的破壞勢必會引起地基的破壞，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)
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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，應(yīng)對動力特征進(jìn)行簡單分析和對震力進(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)果對抗震性能的好壞進(jìn)行綜合性評定，根據(jù)分析結(jié)果再對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行不斷的修改和完善，力求達(dá)到最佳。
?。ǘ┭有钥拐鹪O(shè)計(jì)
橋梁的抗震設(shè)計(jì)，要對預(yù)期會出現(xiàn)的塑性鉸部位進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)計(jì)算，對其進(jìn)行加固和防護(hù)；同時為保證抗震安全性，對橋梁結(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。
?。ㄈ蛄簻p、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增大結(jié)構(gòu)的振型周期，降低了地震時的震波頻率，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
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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，同時橋墩蓋梁端部懸出擋塊外10cm為宜。
?。ǘ蚺_的抗震防護(hù)措施
橋臺胸墻需要加強(qiáng)，并加大配筋數(shù)量，用來緩沖地震的作用力。在各個梁中間和梁與橋臺胸墻中間適當(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，為防止墩臺在地震時滑移，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，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)橋臺處于路堤較高的高度時，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，來保證橋臺的穩(wěn)定。橋臺高度的降低是穩(wěn)定的前提，然后再將臺身掩埋在路堤土方內(nèi)，保證填土的密實(shí)度?；A(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，來保證地基的穩(wěn)定強(qiáng)度。為防止砂土在地震時液化，橋臺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)。
?。ㄈ蚨湛拐鸨Ｗo(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，相對的間距越小延性越大。橋墩的高度相差過大時高度低的墩將延性較差最先受到嚴(yán)重的破壞?，F(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)對整個橋梁質(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)。
