文档介绍：浅析公路桥梁的抗震设计及其发展趋势
摘要: 文章重点论述了桥梁抗震设计反应谱法,延性抗震,减隔震等基本概念以及在大跨度桥梁设计应用中存在的一些问题, 为进行桥梁抗震分析提供参考, 以确保桥梁工程在地震过程中有足够的抗震能力和合理的安全度。
关键词: 桥梁抗震设计反应谱法延性抗震减隔震发展趋势
我国是自然灾害多发的国家,从2008 年初南方雪灾到5 月12 日的汶川大地震,灾害对人民的生命以及财产安全造成了严重的影响,同时导致交通、电力、通信、供水、供气等基础设施大面积瘫痪。公路工程也会遭到不同程度的破坏。在抗震救灾中,公路交通运输是抢救人民生命财产和尽快恢复生产、重建家园的重要环节。桥梁是公路工程关键部位及控制性工程。因而桥梁抗震是当前重点研究课题和亟待解决的难点问题。
1 桥梁震害分析
调查与分析桥梁的震害及其产生的原因是建立正确的抗震设计方法,采取有效抗震措施的科学依据。国内外地震工作者历来都很重视震害的调查研究。近20 余年发生的几次大地震使桥梁结构遭到严重破坏,但也使我们获得了非常宝贵的经验与教训。
“5·12”汶川地震桥梁震害表现形式:
(1) 落梁破坏。
(2) 支座破坏、梁体位移。
(3) 梁体间碰撞,挡块破坏。
(4) 桥台破坏及损伤。
(5) 桥梁墩柱破坏。
从以上震害表现上分析,主要存在如下原因:
上部结构的破坏
桥梁上部结构本身遭受震害而被毁坏的情形比较少见,往往是由于桥梁结构其他部位的毁坏而导致上部结构的破坏。
支承连接部位的震害
桥梁支承连接部位的震害极为常见。由于支承连接部位的破坏会引起力的传递方式的变化,从而对结构其他部位的抗震产生影响,进一步加重震害。
下部结构和基础的震害
下部结构和基础的严重破坏是引起桥梁倒塌,并在震后难以修复使用的主要原因。除了地基毁坏的情况,桥梁墩台和基础的震害是由于受到较大的水平地震力,瞬时反复振动在相对薄弱的截面产生破坏而引起的。
2 桥梁震害教训
总结桥梁震害教训,尤其是最近10 年来的桥梁震害教训,得到以下一些重要的结论:
(1) 桥梁抗震设防应采用性能设计原则。即在考虑工程造价、结构遭遇地震作用水平、紧急情况下维持交通能力的必要性以及结构的耐久性和修复费用等因素
下,定义桥梁的重要性及其允许的损坏程度(性能)。
(2) 桥梁抗震设计应同时考虑强度和延性,尤其注重提高桥梁结构整体和钢筋混凝土桥墩的延性能力。
(3) 重视采用减隔震的设计技术,以提高桥梁的抗震性能。(_____4) 对复杂桥梁(如斜弯桥、高墩桥梁或墩刚度变化很大的桥梁),强调进行空间动力时程分析的必要性。
(5) 重视桥梁支座的作用及其设计,同时开发更有
效的防止落梁装置。
二. 桥梁抗震设计的基本思路
当前主要地震国家桥梁抗震设计规范的基本思路和设计准则是: 设计地震作用基本上分为功能和安全设计两个等级。虽然各规范使用的名词不同, 但其思路是基本一致的。比较起来我国公路工程抗震设计规范仍在使用烈度概念, 关于抗震设计的指导思想方面比较笼统。主要地震国家抗震设计基本思路见表1。
1. 反应谱法
2 反应谱法基本概念
人类在与地震的斗争中发展了各种抗震分析方法,分为确定性方法和概率性方法两大类。静力法、反应谱法和时程分析法均属于确定性方法, 随机振动、虚拟激励法属于概率性方法。通常所说的结构地震反应分析,就是建立结构地震振动方程, 然后通过求解振动方程得到结构地震反应(位移、内力等) 的过程。
反应谱的定义
在结构抗震理论发展中, 静力法、反应谱法和动力时程分析法三个阶段的形成和发展是人类对自然规律认识的不断深入与完善的过程。反应谱理论考虑了结构物的动力特性, 而且简单正确地反映了地震动的特性, 因此得到了广泛认可和应用。
反应谱方法的优缺点
反应谱方法的优点是概念简单、计算方便, 可以用较少的计算量获得结构的最大反应值。
反应谱方法的缺点是:
( 1) 地震响应分析时必须重视振型数的取值。由于大跨度桥梁的自振频率在一个相当宽的频带内密布, 而地震波一般都是宽带激励, 因此在用反应谱方法大跨度桥梁的分析时, 必须选取足够数量的振型。
( 2) 原则上只适用于线性结构体系。结构在强烈地震中一般都要进入非线性状态, 弹性反应谱法不能直接使用。
阻尼问题
阻尼是结构地震反应中最为重要的参数之一, 其大小和特性直接影响结构的基本动力反应特性。在一般桥梁结构的地震反应分析中阻尼可用阻尼比的形式计入,而对于非线性地震反应分析则必须采用正确的方法计算阻尼矩阵。到目前为止还没有一种被广泛接受的用来估算桥梁结构阻尼比的方法[2]。不同阻尼影响反应谱取值存在两方面