公路桥梁的抗震设计

公路桥梁的抗震设计沈阳农业大大学水利学院院王世雄摘要：我国处处于世界两大大地震带——环太平洋地地震带和亚欧欧地震带之间间，是一个强强震多发国家家，汶川、玉玉树地震表明明强烈地震将将引发长期的的社会政治、经经济问题，并并带来难以慰慰籍的感情创创伤。在抗震震救灾中，公公路交通运输输网更是抢救救人民生命财财产和尽快恢恢复生产、重重建家园、减减轻次生灾害害的重要环节节，所以公路路桥梁是生命命系统工程中中的重要组成成部分，公路路桥梁抵抗震震害的能力是是桥梁设计中中重点关注的的问题之一。文章分析桥梁结构震害及其原因，探讨公路桥梁抗震设防目标，提出公路桥梁抗震设防措施。关键字：桥梁；；公路；设计计；抗震Abstracct:Chiinaisstheworldd'stwwolarrgestearthhquakeezonee--ttheceentrallPaciificsseismiicbelltanddtheEurassiansseismiicbellt,issasttrongearthhquakeecounntry,Wenchhuan,theYYushuearthhquakeeshowwsthaattheestroongeaarthquuakewwillccausesociaalpolliticss,lonngterrmecoonomiccprobblems,,andbringgstotheccomforrtofemotiionaltraumma.Inneartthquakkerellief,thehhighwaaytraansporrtatioonnettworkisannimpoortanttlinkktorrescueethepeoplle'sllifeaandprroperttyanddtorresumeeprodductioon,reebuilddtheiirhommesasssoonnasppossibble,rreduceetheseconndarydisassters,,sotthehiighwayybriddgeissaniimporttantppartoofliffeinthessystemmengiineeriing,rroadaandbrridgedamaggeressistannceabbilityyisooneoffthefocussinbbridgeedesiignprroblemm.Theeseissmicddamageeanallysisandrreasonnsofbridggestrructurre,brridgeseismmicfoortifiicatioontarrget,thehhighwaaybriidgesseismiicforrtificcationnmeassures..Keywordds:higghwaybridgge;eaarthquuake;desiggn;我国是地震多发发国家，这些些年来地震一一直不断，特特别是2008年5月12日的、汶川川大地震给我我国造成了巨巨大的损失。在在抗震抢险救救灾中公路交交通运输是抢抢救人民生命命财产、尽快快恢复生产和和重建家园的的重要环节。遍遍布的道路交交通犹如全身身的血管,由此可知道道路交通的重重要性，而公公路桥梁作为为道路交通的的一部分，其其重要性也可可想而知．而而桥梁工程作作为重要的生生命线工程，是是交通运输的的咽喉，在国国家建设中起起着举足轻重重的作用，而而在地震发生生后为了紧急急救援和抗震震救灾的需要要，其重要性性就更为明显显[1]。一、桥梁结结构地震破坏坏的主要形式式根据桥梁过去的的地震破坏情情况，除了如如液化、断层层等因地基失失效引起的破破坏以外，混混凝土桥梁最最常见的破坏坏形式有以下下四种[2]]：(一))弯曲破坏图2图1结构在在水平地震荷荷载作用下由由于过大的变变形导致混凝凝土保护层脱脱落、钢筋压压屈和内部混混凝土压碎、崩崩裂，结构失失去承载能力力，如图1所示。整个个过程可以用用以下四个阶阶段来描述：：①当弯矩达到到开裂强度时时，截面出现现水平弯曲裂裂缝；②随着裂缝的的发展和荷载载强度的提高高，受震拉侧侧的纵筋达到到屈服强度；；③随着变形量量的增大，混混凝土保护层层脱落、塑性性变形范围扩扩大；④钢筋压屈(或拉断)和内部混凝凝土压碎、崩崩裂。图2图1（二）剪切破坏坏(弯剪破坏)剪切破破坏是桥梁在在水平地震荷荷载作用下，当当结构受到的的剪切力超过过截面剪切强强度时发生剪剪切破坏，如如图2所示。整个个破坏过程也也可以用四个个阶段来描述述：①截面弯矩达达到开裂强度度时，截面出出现水平弯曲曲裂缝；②随着裂缝的的发展和荷载载强度的提高高，柱内出现现斜方向的剪剪切裂缝；③局部剪切裂裂缝增大，箍箍筋屈服导致致剪切裂缝进进一步增长；；④发生脆性的的剪切破坏。图3(三))落梁破坏图3当梁体体的水平位移移超过梁端支支撑长度时发发生落梁破坏坏是由于梁与与桥墩(台)的相对位移移过大，支座座丧失约束能能力后引起的的一种破坏形形式。发生在在桥墩之间地地震相对位移移过大、梁的的支撑长度不不够、支座破破坏、梁间地地震碰撞等情情况，如图3所示。(四)支座损损伤上部结结构的地震惯惯性力通过支支座传到下部部结构，当传传递荷载超过过支座设计强强度时支座发发生损伤、破破坏。支座损损伤也是引起起落梁破坏的的主要原因。对对于下部结构构而言，支座座损伤可以避避免上结构的的地震荷载传传到桥墩，避避免桥梁发生生破坏，如图图4所示。二、桥梁的抗震震设计原理图4目前桥梁的抗震震设计计算原原理是建立在在一定假设条条件基础上的的，尽管分析析的手段在不不断提高，分分析的理论在在不断完善，但但由于地震作作用的复杂性性，地基影响响的复杂性和和桥梁结构体体系本身的复复杂性，可能能会导致理论论计算分析和和实际状况相相差很大。当当前我国桥梁梁的抗震设计计原理主要有有以下几种[[3]：图4（一）静静力法静力法法把地震加速速度看作是桥桥梁结构破坏坏的唯一因素素，忽略了结结构本身动力力特性对结构构反应的影响响应用存在较较大局限性。事事实上只有绝绝对钢性的物物体才能认为为在振动过程程中各个部分分与地震运动动具有相同的的振动所以只只对刚度很大大的结构例如如重力桥墩、桥桥台等结构应应用静力法近近似计算。（二）反反应谱法目前我我国的公路及及铁路桥梁均均主要采用反反应谱方法。反反应谱法的思思路是对桥梁梁结构进行动动力特性分析析(固对各主振振动应用谱曲曲线作某强震震记录的最大大频率，主振振型）地震反应应计算最后一一般通过统计计理论对各主主振型最大反反应值进行组组合，近似求求得结构的整整体最大反应应值。三、桥梁减震设设计要点对于地震区的桥桥型选择，宜宜按下列几个个原则进行[[4]：=1\*GB3①尽量减轻结结构的自重和和降低其重心心，以减小结结构物的地震震作用和内力力。=2\*GB3②提高稳定性性，力求使结结构物的质量量中心与刚度度中心重合，以以减小在地震震中因扭转引引起的附加地地震力。=3\*GB3③应协调结构构物的长度和和高度，以减减少各部分不不同性质的振振动所造成的的危害作用。=4\*GB3④适当降低结构刚度，使用延性材料提高其变形能力，从而减少地震作用。=5\*GB3⑤加强地基的调整和处理，以减小地基变形和防止地基失效[6]。（一）结结构的刚度对对称结构的的刚度对称有有利于抗震，不不等跨的桥梁梁容易发生震震害。特别是是一座桥内墩墩身高度相差差过大'在较矮的桥桥墩上会产生生很大的地震震水平力跨径径不同。在大大跨径的桥孔孔的桥墩上也也产生大的地地震力。设计计时尽量避免免在高烈度区区采用这种桥桥型，如无法法避免。宜在在不利墩上设设置消能措施施降低墩顶集集成刚度，例例如设抗震支支座等。（二）适适应地震作用用对桥梁梁抗震性加以以分析研究，某某类结构不能能在地震区应应提出更能内内修建，在分分析研究原有有结构抗震性性能的基础上上，适应地震震作用的结构构型。其次对对结构抗震设设计不是被动动地作为地震震作用时结构构强度、变位位的验算，而而是要从设计计角度，提高高结构的防震震能力，要系系统考虑结构构的行为能力力设计。（三）以以柔克刚结合我我国国情，研研究结构控制制的有效型式式，加强抗震震措施，必须须采用“以柔克刚”的设想来考考虑地震区结结构抗震设防防的“以刚克刚”的旧传统设设防观，对地裂、地地出发点，改改变单纯的边边坡倒塌、沙沙土液化时桥桥梁结构如何何抗震设防也也应该做出深深入的研究。（四）提提高桥梁部件件的延性抗震橡胶支座针对目目前大量高架架桥倒塌毁坏坏的教训，必必须开展对抗抗震支座、各各种型式桥墩墩的延性研究究，要利用约约束混凝土的的概念预应力力混凝土，而而且可以提高高它的延性。不不但对钢筋混混凝土、混凝凝土结构、混混合结构的延延性都需展开开研究。抗震橡胶支座四、常见见桥梁减震方方法常用的抗震方法法增加结构的的柔性以延长长结构的自振振周期，达到到减小由于地地震所产生的的地震荷载和和增加结构的的阻尼或能量量耗散能力以以减小由于地地震所引起的的结构反应是是实用的抗震震方法。当前前，比较容易易实现和有效效的抗震方法法主要有以下下几种：（一）采采用隔震支座座大量的的试验和理论论分析都表明明其联结方式式对桥梁结构构的地震反应应有很大的影影响在梁体与墩墩、台的联结结处安装减、隔隔震支座能有有效地减小墩墩、台所受的的水平地震力力[5]。采用用隔震支座，采采用减、隔震震支座（聚四四氟乙烯支座座、叠层橡胶胶支座和铅芯芯橡胶支座等等)在梁体与墩墩、台的连接接处增加结隔隔震支座桥构构的柔性和阻阻尼以减小桥桥梁的地震反反应；采用减减、梁结构的的梁体通过支支座与墩、台台相联结，大大量的试验和和理论分析都都表明其联结结方式对桥梁梁结构的地震震反应有很大大的影响，在在梁体与墩、台台的联结处安安装减、隔震震支座能有效效地减小墩、台台所受的水平平地震力。抗震桥梁伸缩缝（二）利利用桥墩延性性减震抗震桥梁伸缩缝利用桥桥墩的延性减减震是当前桥桥梁抗震设计计中常用的方方法[6]。桥墩墩延性减震是是将桥墩某些些部位设计得得具有足够的的延性，以便便在强震作用用下使这些部部位形成稳定定的延性塑性性铰产生弹塑塑性变形来延延长结构周期期、耗散地震震能量，在进进行延性抗震震设计时，按按弹性反应谱谱计算塑性反反应的地震荷荷载需要修正正，桥梁抗震震设计规范采采用了综合影影响系数来反反映塑性变形形的影响，其其理论依据是是，当结构进进入塑性阶段段时，地震荷荷载可以比弹弹性结构的地地震荷载折结结构综合影响响系数主要考考虑了这一因因素。（三）采采用减震的新新结构碳纤维加固，植筋锚固型钢混混凝土结构是是在混凝土上上包裹型钢做做成的结构[[7]。它与与钢筋混凝土土结构相比具具有一系列优优点，其承载载力可以高于于同样外形的的钢筋混凝土土构件承载力力—倍以上，并并具有较好的的抗剪能力，延延性比明显高高于钢筋混凝凝土结构，滞滞回曲线较为为饱满，耗能能能力有显著著的提高，从从而呈现出良良好的抗震性性能，能够隔隔离、吸收和和耗散地震能能量减小桥梁梁结构的地震震反应，使桥桥梁的变形限限制在弹性范范围，避免由由于产生塑性性变形而造成成累积损伤破破坏和永久残残余变形，这这大大提高了了桥梁结构的的安全度，同同时可以节约约材料，降低低造价。其次次，混凝土中中的型钢除采采用轧制型钢钢外，还广泛泛使用焊接型型钢，常用的的截面型式有有H型、T型、u型等，'ET而采用矩形形及圆钢管混混凝土结构是是在型钢混凝凝上结构、螺螺旋配筋混凝凝上结构以及及钢管结构的的基础上演变变和发展起来来的一种新型型结构。碳纤维加固，植筋锚固五、结语虽然目前地震还还不可有效的的预测，但是是只要我们通通过研究认识识到地震对结结构的破坏规规律，我们就就能通过一定定的抗震设防防原则制定相相关的抗震设设防措施并控控制好施工质质量，这样就就能尽量减低低震害的影响响。参考文献[1]陈尧三，赵赵铁永，石丽丽芳．关于桥桥梁抗震设计计的几点思考考[J]．科技资讯讯，2008((2):244-26．[2]董淑艳，姚姚凯．简述桥桥梁结构的震震害及主要抗抗震设计方法法[J]．中国建设设信息，2008((16):335-38．[3]扬传永．．公路桥梁抗抗震设