桥梁震害与抗震设计措施样本.doc

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梁
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程
抗
震
课
程
论
文

姓 名: 张 延 辉
学 号: 48040703
日 期: .11.25
指导老师: 郑 德 乾

桥梁震害与抗震设计措施
摘 要: 经过桥梁地震震害的特点和原因分析, 提出为加强桥梁抗震能力, 在桥梁总体设计中应注意的问题及在结构设计中应采取的一些构造措施, 为工程设计提供参考。
关键词: 桥梁震害; 抗震设计; 抗震措施
地震是一种突发性的灾害, 具有典型的偶然性、 短暂性和严重性。根据中国地震局的预测, 当前中国大陆已进入了第五个地震活跃期。桥梁是交通的枢纽, 在国家建设中起着举足轻重的作用, 而且在地震发生后为了紧急救援和抗震救灾的需要, 其重要性就更为明显。这就需要在桥梁设计中充分重视桥梁的抗震设计, 贯彻执行新修订的抗震设计规范,实施有效的抗震设防措施。
1 桥梁震害现象分析
20 世纪70 年代以来, 国内外发生过一系列大地震。对这些震例中的桥梁结构进行调查和分析后, 对桥梁震害的特点和产生的原因, 概括起来有以下几个方面:
1.1 地基破坏
由于地基软弱, 地震时当部分地基液化失效后引起结构物的整体倾斜、 下沉等严重变形, 使落梁的可能性增大, 进而导致结构物的破坏, 震害较重。
1.2 基础破坏
扩大基础和桩基的承台本身刚度比较大, 自身震害极少见。但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移,桩基础可能发生剪断、 倾斜破坏, 进而引起墩台倾斜、 倒塌或折断。
这是导致桥梁结构破坏的重要原因。
1.3 桥台位移、 沉陷
地震时, 桥台与台后填土是不完全固结的。填土的纵向土压力增大, 桥梁与桥台之间的冲撞产生相当大的被动土压力, 造成桥台有向桥跨方向移动的趋势。又由于桥面的支撑作用, 桥台将发生以桥台顶端为支点的竖向旋转, 导致基础破坏。建造在液化土上的桥台还可能垂直沉陷, 这又将造成桥台承受过大的扭矩而破坏。
1.4 墩柱破坏
墩柱是桥梁抗侧向力的主要构件, 因此墩柱的破坏是最普遍的。墩柱破坏的主要表现形式有: 弯曲强度不足、 弯曲延性不足、 纵筋搭接区的抗弯能力以及剪切强度不足等。墩柱的破坏往往引起一系列的连锁反应, 如落梁、 整个结构的倒塌等。而落梁对墩台侧壁的撞击又对下部结构造成新的破坏。
1.5 盖梁破坏
不论是悬臂结构的盖梁, 还是两端刚结于柱的盖梁, 破坏形式主要表现为抗剪强度不足或锚固筋不能满足抗拉要求, 从而引起锚固端破坏。
1.6 支撑连接构件破坏
支座、 伸缩缝和剪力键等连接件在外力作用下最易受损, 是桥梁整体抗震性能上的一个薄弱环节。地震时, 如果上、 下部结构的相对位移过大而超过支座的变形能力或支承面宽度, 或超出梁间纵向约束装置的强度, 将导致锚固螺栓拔出或剪断, 支撑连接构件失效。还可导致支座附近混凝土发生裂缝、 活动支座脱落等现象。
1.7 落梁
对于梁式结构, 由于地震作用造成桥跨本身破坏的并不多见。但支撑连接构件失效后, 上、 下部间的相对位移进一步加大, 相邻梁体之间发生相互冲击, 造成撞击破坏甚至落梁的发生。另外由于盖梁宽度设置不足、 下部结构失效也会发生落梁。
1.8 结点破坏
桥梁结点区域钢筋大量相交, 在施工上总是一个薄弱环节, 地震时结点区域应力复杂而有变化, 常导致结点区域混凝土的压碎和锚固筋的破坏, 一旦受损将难以修复。
2 桥梁抗震设计及措施
根据桥梁震害的分析知道, 地震对桥梁的破坏作用, 不但与桥梁的结构本身有关, 还与所处的场地、 地基及地形地貌等有关。抗震设计中除了进行抗震设计计算外, 桥位选择、 桥型选择、 结构体系布置、 结构构造设计同样重要。
2. 1 总体设计中应注意的问题
2.1.1 桥位选择
选择桥址时, 应避开地震时可能发生地基失效的松软场地, 选择坚硬场地。基岩、 坚实的碎石类地基、 硬粘土地基是理想的桥址场地; 饱和松散粉细砂、 人工填土和极软的粘土地基或不稳定的坡地都是危险地区。拱桥应尽量避免跨越断层, 特殊困难情况下应进行地震安全性评价。
2.1.2 桥型选择
桥梁应结合地形、 地质条件、 工程规模及震害经验, 选择合理的桥型及墩台、 基础型式。宜尽可能采用技术先进、 经济合理、 便于修复加固的结构体系。能够考虑采用减震的新结构, 比如型钢混凝土结构
等。
2.1.3 桥孔布置
桥孔宜选用有利于抗震的等跨布置, 并尽量避免高墩与大跨的结合。宜体形简单、 自重轻、 刚度和质量分布均匀、 重心低、 便于施工。位于地震后可能形成泥石流沟谷上的桥梁, 孔跨和桥下净高宜根据
流域内的地形、 地质情况酌情加大。
2.2 桥梁抗震构造措施
2.2.1 基础抗震措施
应加强基础的整体性和刚度, 同时采取减轻上部荷载等相应措施, 以防止地震引起动态和永久的不均匀变形。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一定深度。并在桩的上部, 离地面1-3 m 的范围内加强钢筋布设。
2.2.2 桥台抗震措施
桥台胸墙应适当加强, 并增加配筋, 在梁与梁之间和梁与桥台胸墙之间应设置弹性垫块, 以缓和地震的冲击力。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, 以防止墩台在地震时滑移。当桥位难以避免液化土或软土地基时, 应使桥梁中线与河流正交, 并适当增加桥长, 使桥台位于稳
定的河岸上。桥台高度宜控制在8 m 以内; 当台位处的路堤高度大于8 m 时, 桥台应选择在地形平坦、 横坡较缓、 离主沟槽较远且地质条件相对较好的地段经过, 并尽量降低高度, 将台身埋置在路堤填方内, 台周路堤边坡脚设置浆砌片石或混凝土挡墙进行防护, 桥台基础酌留富余量。如果地基条件允许, 应尽量采用整体性强的T形、 U 形或箱形桥台, 对于桩柱式桥台, 宜采用埋置式。对柱式桥台和肋板式桥台, 宜先填土压实, 再钻孔或开挖, 以保证填土的密实度。为防止砂土在地震时液化, 台背宜用非透水性填料, 并逐层夯实, 要注意防水和排水措施。
2.2.3 桥墩抗震措施
利用桥墩的延性减震是当前桥梁抗震设计中常见的方法。高墩宜采用钢筋混凝土结构, 宜采用空心截面。可适当加大桩、 柱直径或采用双排的柱式墩和排架桩墩, 桩、 柱间设置横系梁等, 提高其抗弯延性和抗剪强度。在桥墩塑性铰区域及紧接承台下桩基的适当范围内应加强箍筋配置, 墩柱的箍筋间距对延性影响很大, 间距越小延性越大。桥墩的高度相差过大时矮墩将因刚度大而最先破坏。可将矮墩放置在钢套筒里来调整墩柱的刚度和强度, 套筒下端的标高同其它桥墩的面标高。
2.2.4 支撑连接构件抗震措施
墩台顶帽上均应设置防止落梁措施, 加纵、 横向挡块以限制支座的位移和滑动。橡胶支座具有一定的消能作用, 对抗震有利。在不利墩上还应采用减隔震支座( 聚四氟乙烯支座、 叠层橡胶支座和铅芯橡
胶支座等) 及塑性铰等消能防震装置等。选用伸缩缝时, 应使其变形能力满足预计地震产生的位移, 并使伸缩缝支承面有足够的宽度, 同时设置限位器与剪力键。
2.2.5 上部结构抗震措施
落梁震害极为常见。实践证明, 加强上部结构的整体性, 限制其位移, 是提高桥梁上部结构抗震能力的有效措施。预防措施有:
1) 一般在梁(板) 底部加焊钢板, 或采用纵、 横向约束装置限制梁的位移, 如拉杆、 钢筋砼挡块、 锚杆等, 梁与墩帽用锚栓连接, T 梁在端横隔板之间螺栓连接, 曲梁桥, 应采用上、 下部之间用锚栓连接的方式。桥梁的支座锚栓、 销钉、 剪力键等应有足够的强度。
2) 梁端至墩台帽或盖梁边缘的距离, 以及挂梁与悬臂的搭接长度必须满足地震时位移的要求。
3) 桥梁跨径较大时, 可用连续梁替代简支梁以减少伸缩缝, 宜采用箱型截面。
4) 当采用多跨简支梁时, 应加强梁( 板) 之间的纵、 横向联系, 将桥面做成连续, 或采用先简支后结构连续的构造措施。
5) 采用真空压浆方法, 保证预应力管道水泥浆饱满, 提高预应力桥梁的强度和刚度。
2.2.6 结点抗震措施
桥梁结点区域一旦受损将难以修复。城市高架桥墩柱的结点、 桥墩与盖梁的结点、 桥墩与基础的结点等, 是保证桥梁整体工作的重要构件。在桥梁抗震设计中, 除了保证墩、 梁有足够的承载力和延性外, 还要保证桥梁结点有足够的承载力, 避免结点过早破坏, 即”强节点, 弱构件”。
3 结 语
桥梁结构抗震设计是桥梁设计中的重要环节,作为桥梁设计人员, 不但要对桥梁抗震进行数值计算, 还应在桥梁设计中采取一系列有效的抗震措施。这不但能够很好地达到桥梁的防震和抗震效果, 还能对桥梁的安全性、 适用性、 耐久性、 经济性和社会效应性有进一步的提高和完善。
参考文献
[1] 范立础. 高架桥梁抗震设计[M].北京: 人民交通出版社, .
[2] 范立础. 桥梁减隔震设计[M].北京: 人民交通出版社, .
[3] 范立础, 卓卫东. 桥梁廷性抗震设计[M].北京: 人民交通出社, .