桥梁结构抗震设计

桥梁结构抗震设计（共12篇）

桥梁结构抗震设计 篇1

1 地震的产生机理、危害和对桥梁的破坏性

1.1 地震的产生机理和危害

地震是地球内部介质局部发生急剧的破裂，产生地震波，从而在一定范围内引起地面振动的现象。地震所引起的地面振动是一种复杂的运动，它是由纵波和横波共同作用的结果。在震中区，纵波使地面上下颠动，横波使地面水平晃动。地震是自然界中一种突发性的严重灾害，具有典型的偶然性和短暂性。一旦发生强烈地震，会使得局部地形改变，出现断层和地裂缝，城乡道路坼裂，桥梁折断等严重后果。

1.2 地震对桥梁的破坏性

1)场地和地基的破坏作用。当地震发生时，首先是场地和地基破坏，从而产生桥梁破损并引起其他灾害。地震发生后，桥梁的破坏形式一般表现为：桥台锥体、墩周铺护开裂，甚至滑移;墩台身位移，支座锚栓剪断，严重时产生落梁现象;砂土液化，桥墩下沉;墩台身开裂，严重时桥梁倒塌。2)场地的振动作用。场地的振动作用是指由于强烈的地面运动引起桥梁的振动而产生的破坏作用。强烈的地面振动是引起桥梁破坏的最普遍和最主要的原因，同时也是引发其他地震破坏如地基失效、滑坡和坍塌等的外部条件。

2 桥梁结构抗震设计思想和原则

2.1 桥梁结构抗震设计的思想

抗震设防的目标是“小震不坏，中震可修，大震不倒”，具体来讲，就是在设计基准期内，当发生多遇地震(小震)时，应保证不损坏或轻微损坏，能够保持其正常使用;在发生设计地震(中震)时，可能损坏，经修补，能尽早恢复其正常使用;在发生罕遇地震(大震)时，可能产生较大破坏，但不出现整体倒塌，经抢修后可限速通车。一般情况下，抗震设计按“地震动峰值加速度”和“地震动反应谱特征周期”进行抗震验算，并按“抗震设防烈度”要求采取相应的抗震措施。

2.2 桥梁结构抗震设计的原则

强柱弱梁：要求同一结点柱端截面受弯承载力总和大于梁端受弯承载力总和;

强剪弱弯：控制截面的抗剪承载力大于抗弯承载力;

强结点弱构件：梁柱结点是保证结构整体性和关键部位，要保证结点有足够的强度和刚性，建筑结构抗震的一般原则同样适用于桥梁结构。

桥梁在地震中往往下部结构破坏，所以在抗震设计中桥墩比桥梁重要。并且桥墩是桥梁结构中最重要的承重构件，桥墩破坏将导致整个桥梁结构的倒塌。因此要使桥梁结构具有较好的抗震性能，应该确保桥墩有足够的承载力与延性。即从桥梁整体结构的角度出发进行桥梁抗震设计，应该要求“强墩弱梁”。

提高结构的变形能力，增加结构延性，提高结构耗能能力对于改善结构的抗震性能有着重要的意义。桥墩在地震作用下要有足够的延性，其控制截面处的抗剪承载力要大于抗弯承载力，在弯曲破坏之前不发生剪切破坏。即从个别受力构件的角度出发进行桥梁抗震设计应该要求受力构件“强剪弱弯”。支座破坏引起桥梁结构塌历来被认为是桥梁整体抗震性能上的一个薄弱环节。城市高架桥梁柱的结点，桥墩与盖梁的结点，桥墩与基础等结点也经常发生破坏。结点是保证结构整体工作的重要构件，在地震作用下结点受到水平、竖向剪力和弯矩的共同作用，受力复杂，并且一旦受损难以修复。

3 设计方法

3.1 静力法

静力法的概念最早是在l899年由日本的大房森吉提出的。它假设结构物各个部分与地震动具有相同的振动。此时，结构物上只作用着地面运动加速度乘上结构物质量M所产生的惯性力，把惯性力视为静力作用于结构物作抗震计算。惯性力计算公式为

式中W为结构物各部分重量。K为地面运动加速度与重力加速度g的比值。从动力学的角度，把地震加速度看作是结构地震破坏的单一因素有极大的局限性，因为它忽略了结构的动力特性这一重要因素。只有当结构的基本周期比地面运动卓越周期小很多时。结构物在地震振动时才可能几乎不产生变形而可以被当作刚体，静力法才能成立。如果超出这个范围，就不可能适用。

3.2 反应谱法

1943年，M.A.Biot提出反应谱概念，给出世界上第一个弹性反应谱，即一个单质点弹性系对应于某一个强震记录情况下，体系的周期与最大反应(加速度、相对速度、相对位移)的关系曲线。1948年，G.W.Hons ne r提出基于反应谱理论的抗震计算的动力法。

动力反应谱法还是采用“地震荷载”的概念，从地震动出发求结构的最大地震反应，但同时考虑了地面运动和结构的动力特性，比静力法有很大的进步。

反应谱的基本原理为一个单自由度系统的基底上作用一个给定的地面加速度，所测量到的这个系统的最大响应取决于动力输入和系统的自振周期和阻尼。如果动力输入是给定的。则对每个特定的阻尼值而言，单自由度系统的最大响应和系统的自振周期之间的关系可以表示成一条曲线，即反应谱。反应谱方法概念简单，计算方便，可以用较少的计算量获得结构的最大反应值。

3.3 动力时程法

60年代后，重要的建筑物、大跨桥梁和其他特殊结构物采用多节点多自由度的结构有限元动力计算图示，把地震强迫振动的激励—地震加速度时程直接输入，对结构进行地震时程反应分析。这称为动态时程分析。动态时程分析法从选定合适的地震动输入出发，采用多点多自由度结构有限元动力计算模型建立地震振动方程，然后采用逐步积分法对方程进行求解、计算地震过程中每一瞬间结构的位移、速度和加速度反应，从而可以分析出结构在地震作用下弹性和非弹性阶段的内力变化以及构件逐步开裂、损坏直至倒塌的全过程。

动力时程分析法可以精确地考虑结构、土和深基础相互作用、地震波相位差及不同地震波多分量多点输入等因素建立结构动力计算图示和相应地震振动方程。同时，考虑结构集合和物理非线性和各种减、隔震装置非线性性质的非线性地震反应分析更趋成熟与完善。

4 结语

地震的发生危害巨大且难以预测，我们要把握工程质量，增加建筑物抗震性能，提高防震防灾的意识，把工夫做在平时，防患于未然，切不可抱有侥幸心理，只有这样才能在遇到突发地震时减少人员伤亡，降低经济社会损失。

参考文献

[1]雷建胜.浅谈桥梁的抗震设计[J].铁道建筑技术.

[2]杨建.桥梁抗震设计研究[J].中国高新技术企业.

桥梁结构抗震设计 篇2

关键词：高墩；大跨径：连续钢构梁；抗震设计高墩大跨径连续钢构桥简介

钢构桥结构较为特殊，是将墩台与主梁整体固结。其承担竖向荷载时，主梁通过产生负弯矩减少跨中正弯矩。桥墩作为钢构桥的主体部分，主要承担水平推力、压力以及弯矩三种力。墩梁固结形式较为特殊，可通过节省抗震支座减少桥墩厚度，借助悬臂施工从而省去体系转换，减少了施工工序。该结构可保持连续梁无伸缩缝，使行车平顺。此外还具有无需设置支座和体系转换功能，桥梁结构在顺桥向和横桥向分别具有抗弯和抗扭刚度，为施工提供具有便利。高墩大跨径连续钢构桥形式优缺点并存，其缺点在于受混凝土收缩、墩台沉陷等因素影响，结构中可产生附加内力。作为高柔性墩，可允许其上部存在横向变位。其优点在于弱化墩台沉降所产生的内力，并减轻其对结构的影响。

其突出受力结构表现为桥墩与桥梁固结为整体，通过共同承受荷载进而较少负弯矩；该桥梁结构受力合理，抗震与抗扭能力强，具有整体性好，桥型流畅等优点。作为高柔性桥墩，可允许桥墩纵横向存在合理变位。桥梁震害的具体表现

2.1 支座

在地震中支座损坏极为常见，支座遭到破坏后能够改变力的传递，进而影响桥梁其它结构的抗震能力，其主要破坏形式有移位、剪断以及支座脱落等。

2.2 上部结构

上部结构遭受震害主要是移位，即纵向、横向发生移位。移位部位通常位于伸缩缝处，具体表现为梁间开脱、落梁、顶撞等。有资料显示，顺桥向落梁在总数中所占比例高达90%，由于这种落梁方式会撞击到桥墩侧壁，对下部结构造成巨大冲击力，因而破坏力极大。

2.3 下部结构

桥梁的下部包含基础、桥墩以及桥台，其遭受破坏后可导致桥梁坍塌，且震后修复难度大，基本不能再投入使用。受水平力影响，薄弱的截面经过反复震动后受到严重破坏。延性破坏多指长细的柔性墩，表现为混凝土开裂、塑性变形，其产生原因为焊接不牢、部件配设不足等。脆性破坏多指粗矮桥墩，表现为钢筋切断，究其原因为墩柱剪切强度不足。桥台多表现为滑移、颠覆。基础的破坏表现为不均匀沉陷、桩基剪切等，其破坏具有隐蔽性，修复难度极大。桥梁震害原因

造成桥梁震害原因较多，主要有地震强度过大，超出桥梁的抗震设防标准；桥梁所处的地理位置不佳，致使地基变形；此外认为原因也可导致桥梁抗震能力不足，例如设计不合理，原材料质量不达标，施工出现操作失误等。高墩大跨径连续钢构桥结构的抗震设计分析

4.1 重视高墩大跨径连续钢构桥的总体布置

地震时桥墩顶部位移较大，采用连续钢构结构有助于减少落梁。墩梁固结为整体，则多余的约束可形成塑性铰，从而提高桥梁的抗震能力。建设高墩桥时，受地理位置影响，易出现刚度和质量问题。合理调整相邻桥墩高度，对于连续梁桥，应尽可能保持其刚度相近，并根据桥墩刚度比与周期比进行严密计算，减少误差，增强高墩桥整体抗震能力。

4.2 选择合适桥墩

在地震中，桥墩形式影响桥梁结构，因而其设计与选型对于抗震安全性具有重要意义。地形与地貌均对桥墩设计产生影响，常见的桥墩形式有门架墩、双柱墩等，但抗弯与抗扭刚度较差，当桥墩超过30m时，易产生失稳现象。高墩大跨径连续钢构桥根据实际情况多采用空心薄壁墩（如图1、2所示）或者独柱T型墩，二者各个方向抗扭与抗弯刚度都较好，具有整体性好等优点。而独柱T型墩适用于高度低于60m时，其原理是将悬挑式盖梁与墩柱充分结合，其截面尺寸与刚度均较小。而心薄壁墩适用于高度低于80m时，外观与独柱T型墩相似，其截面尺寸与刚度均较大。高墩大跨径连续钢构桥的抗震计算

5.1 计算时所需考虑的因素

通常受地形、断层、桥身长度限制，应考虑多点激励的影响。同一地震，其在地表所呈现的反应不同，因而幅值、频谱特征各异，再加上空间变化复杂，因而需考虑多方面因素。

地震时，受到高墩自身质量或周期影响，可形成两个及其以上塑性铰，而忽略高阶振型会导致设计时出现误差，从而影响桥梁抗震时安全性，因而在设计时应将桥墩高阶振型的影响计算在内。

5.2 反应谱方法

在桥梁抗震分析中，反应谱方法较为常用，但其弊端在于地震时假设支座运动规律相同，没有考虑运动的不一致性。对于处于地形复杂的高墩桥而言，这种不合理的假设造成非线性问题出现较大误差。

5.3 随机震动法

该方法是公认的较为合理方法，其结合地震发生的概率，但是计算量较大，同样也会使非线性问题出现误差。随着科技的发展，随机震动虚拟激励法应运而生，不仅解决计算量的问题，同时确保计算的精度，具有效率高，使用方便等优势，在高墩桥梁设计中应用广泛，但在处理罕见地震时存在局限。高墩大跨径连续钢构桥抗震措施

6.1 重视桥墩台处档块设计

地震中抗震档块出现剪裂现象，表明其设计对于提高桥梁整体抗震能力具有重要作用。在设计过程中，应重视其余主梁刚度的比值、剪裂的程度，此外针对不同跨径与结构的桥梁，应根据实际需要设计不同尺寸的档块。

6.2 可对支座進行隔振处理

设计高墩桥梁时，可采用叠层、铅芯橡胶等隔震支座，在桥梁与桥墩的连接处增加柔性，从而降低对地震的反应。

综上所述，分析高墩大跨径连续钢构桥梁结构抗震设计，有助于完善桥梁总体设计，提高桥梁抗震能力，减少经济损失，并提高桥梁安全性。

参考文献

桥梁结构抗震设计 篇3

【关键词】大跨度；桥梁工程；抗震设计；加固技术；病害；概况

一、桥梁抗震设计的概况

作为危害人类的重大自然灾害之一，近年来地震频繁发生给桥梁工程带来了极大的损害，桥梁损毁将导致灾区救援工作难度的加大，加重次生灾害，造成更大的经济损失和更多的人员伤亡。从地震发生状况来看，可以将桥梁震害分为以下几种类型：第一，由于砂土液化、地基下沉、岸坡滑移及开裂导致基础的损坏；第二，由于桥梁结构设计不合理导致梁体损坏；第三，桥梁自身抗震能力较低导致桥梁损坏；第四，桥梁的各支承点的地面运动不相同，导致桥梁受损。基于此，针对桥梁抗震设计方面进行了更深入的研究。

大跨度桥梁作为桥梁工程的一种重要形式，其抗震能力的高低将直接影响到桥梁的破坏程度。现阶段大部分桥梁工程抗震设计规范都只适应于中等跨度的一般桥梁，针对大跨度桥梁抗震设计的规范还不完善。相比中等跨度桥梁，大跨度桥梁地震反应相对较为复杂，随之抗震设计的难度也不断增加。如高阶振型的影响较大，同时还要对多点激振、行波效应等进行充分考虑。《公路工程抗震设计规范》规定地震烈度7度以上地区的新建桥梁都必须抗震设防，江西南部地区的新建桥梁均按地震烈度6度设防。

在桥梁抗震设计中普遍应用“小震不坏、中震可修、大震不倒”的分类设防思想。要求桥梁与强度级配向符合，确保只在预定位置出现地震破坏情况，并呈现出可控状态。也就是说，必须确保采用的塑性铰位置具有合理性，同时做好配筋作业，进而提高桥梁的延性抗震能力。特殊情况下，可以通过较高的强度来克服不利的塑性铰位置及脆性破坏。较高的强度可以保证在地震作用下公路桥梁免遭损坏，并在其弹性地震反应中所出现的内力进行有效抵抗。如地震发生率较低的位置，必须具有较高的强度对其激起的弹性地震力进行抵抗。在具体抗震设计中，强度一般都会选用弹性地震力25%到50%之间的一部分，同时依靠结构中的非弹性变形能力，增强公路桥梁的抗震能力。

二、大跨度桥梁抗震设计

在抗震设计中大跨度桥梁一般分两个阶段，首先，在方案设计阶段进行抗震理念的设计，确保抗震结构体系的合理性、科学性；其次，延性抗震设计在初步或技术设计阶段进行，并按照相关设计原理验算抗震能力，为提高抗震能力特殊情况下必须进行减、隔震设计。

1、抗震概念设计

“概念设计”与“计算设计”相比，对结构抗震设计的作用更大。由于地震具有不确定性及复杂性，在计算结构模型假定时与具体状况存在极大的差距，将增加“计算设计”对结构抗震性能控制的难度，基于此，大跨度桥梁抗震设计中不能仅仅依靠“计算设计”。良好的“概念设计”对桥梁结构抗震性能的强弱起到关键性的作用。

为确保桥梁结构的经济性及抗震安全性，在“抗震概念设计“中必须对桥梁上、下部结构的关联部位设计加以重视，如桥墩形式设计、过渡孔设计及选择正确的塑性铰预期部位等。首先对桥梁抗震性能进行动力特性分析及地震反应评估，才能确定选用的结构体系在桥梁所在地具有较好的抗震能力。并与结构设计相结合，对结构抗震薄弱位置进行分析，为达到桥梁抗震的安全范围，可以选用配筋或更改结构设计的方式。随后，依据对结果的综合分析，对桥梁结构抗震性能的强弱进行判断。

2、延性抗震设计

為将地震破坏能力降到最低值，避免桥梁遭到极大损坏。在地震作用下，如桥梁出现变形等情况，此时应确保其能对大部分初始强度进行维持。在非弹性反应范围内，结构、构件及材料可以对其变形情况进行抵抗，这种情况下都会选用延性进行表述。作为地震地段桥梁结构必备的重要特征，延性有助于在地震中桥梁结构免于破坏，主要原因就是地震对桥梁结构的作用是以运动方式出现，而不是力的方式。在设计大跨度桥梁延性抗震时，应在预期会产生塑性铰的位置进行有效的配筋设计，同时对整个桥梁结构进行分析、验算抗震能力设计，以此增强桥梁的抗震能力及安全度。

3、桥梁减、隔震设计

作为重要的工程抗震方式，减、隔震技术具有便于施工、经济效益高等特点。利用结构主要振型周期增大可以确保其落在地震能量较少的范围，或将结构能量耗散能力增大，进而实现结构地震反应降低的目的，这就是减、隔震装置。在设计抗震过程中，必须严格遵循结构特点及场地地震波的频率特点，可以利用减、隔震装置的合理选择及相关数据及方案的合理设置等，进行结构受力及变形的合理分配。在设计中应将重点主要放在吸收能量能力提升方面，进而将阻尼增大并分散在地震力上面，不能对周期增长过分追求。可以进行减、隔震体系简单机构的选用，并应用在地震力学性能的限定范围内。通过非线性地震反应对减、隔震设计的作用进行检验。经相关数据显示，大跨度桥梁抗震设计，最适合进行减、隔震设计的桥梁具有以下几个特点，桥梁墩柱刚性大，具有较小的自振周期；桥梁规则性较差，如墩柱高度具有较大的变化，这种情况的出现将出现受力不均衡的状况；高频分量是预测场地地震运动能力主要集中的部分，在预测场地地震运动能力中只有较少的低频分量的能量。基于此，减、隔震设计必须严格遵循结构特点及场地振动等特性进行。近几年在桥梁结构设计中国内外学者提出将粘滞阻尼器设置在其结构中，以此对结构抗震性能进行有效改善，这种设计方式在许多桥梁结构中都得到了大量使用。相关研究显示，组合使用隔震支座和粘滞阻尼器，可以将结构地震力进行有效降低，并能对梁体位移、墩、梁相对位移进行有效控制。

三、大跨度桥梁抗震加固技术的应用

随着社会主义市场经济发展速度的不断加快，我国桥梁事业也得到了极大的发展。桥梁工程作为交通行业施工的重点内容，其设计质量是否良好对整个行业的发展具有至关重要的作用。大跨度桥梁抗震加固技术作为工程施工的主要技术之一，其施工技术水平的高低将直接影响到整个工程的质量及使用年限，由此可见，施工企业在施工中必须对抗震加固技术加以重视，只有这样才能促进企业的快速发展。

1、大跨度桥梁病害分析

支承连接件失效的主要原因就是设计过程中，对相邻两个跨间的相对位移计算失误，致使大跨度桥梁上下部产生了支承连接件不能承受的相对位移，进而出现桥梁上部结构脱开下部结构的问题，甚至出现梁体严重损坏的现象。现阶段国内外普遍选用支承面宽度加大的方式和将纵向越苏装置设置在简支相邻梁之间。

随着国民经济的快速增加，国内交通压力不断增加，为达到交通通畅的目的，都在进行各类桥梁的铺设。大跨度桥梁作为桥梁工程建设的一种重要形式，其设计及抗震加固技术的应用，都对桥梁的整体质量具有重要意义。但现阶段桥梁在验收及审核质量的过程中，还存有诸多问题。作为对桥梁建设项目成功与否进行考察的重要因素，其使用年限及通行质量都影响着桥梁建设的质量。桥梁下挠现象的大量出现可能对桥梁质量造成不同程度的损害，如表1所示。

2、大跨度桥梁抗震加固措施

先对大跨度桥梁抗震能力进行评估是决定其是否进行加固的前提。在桥梁加固前，应对墩柱的破坏形式及墩柱的最大延性能力进行确定，并对其整体屈服地震加速度和整体最大延性能力进行有效计算，并对桥梁抗震能力进行计算。

在桥梁抗震设计中，其上部结构及截面形式，必须遵循跨径多少进行准确确定。可以选用箱型作为桥梁跨径较大截面的应用，这样可以有效增强抗震能力，并确保抗扭刚度的作用。在施工过程中选用真空压浆施工方式，可以确保预应力管道内具有充足水泥浆，还可以为预应力桥梁强度、刚度地提高提供极大的帮助。在大跨度桥梁设计中，拱式、梁式等多种形式不能同时出现，如同时使用，必须加强桥梁衔接位置的桥墩质量。

在桥梁抗震设计中，其整体抗震性能最薄弱的一个环节就是连接件，如支座和伸缩缝等，在伸缩缝位置多发生梁体位移等情况，基于此，在桥梁抗震设计中必须将伸缩缝数量尽可能地减少。为避免梁体坠落等情况的出现，可以将拉杆、挡块等设置在伸缩缝、铰及梁端等上部结构的接缝中。将钢筋混凝土桥墩的横向约束不断增加，将其抗弯延性及抗剪强度不断提升，只有这样才能避免桥墩变形等情况的发生，为提高桥梁的抗震能力，可以选用专门的耗能装置，如铅芯橡胶耗能支座或减、隔震技术。

四、结束语

综上所述，随着桥梁事业发展速度的不断加快，其质量问题已经成为社会关注的热点。作为大跨度桥梁施工中重要的组成部分，抗震设计效果是否良好直接关系着整个桥梁工程的质量，合理的抗震设计及有效的加固技术，可以有效降低工程项目的投资成本、提高工程质量。

参考文献

[1]羅世东.铁路桥梁大跨度组合桥式结构的应用研究[J].铁道标准设计，2005年11期

[2]叶爱君，胡世德，范立础.超大跨度斜拉桥的地震位移控制[J].土木工程学报，2004年12期

[3]周振兴，闫兴非，陈巧珊.新型连续梁用抗震支座（力分布式）的研究、设计和实施[A].第十九届全国桥梁学术会议论文集（下册）[C].2010

[4]刘羽宇，葛玉梅.大跨下承式连续梁拱组合式桥有限元分析[A].第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C].2007年

浅谈桥梁结构抗震设计 篇4

全国各地的城市高架桥及大跨径桥梁, 对地震、风荷载以及其它原因引起的结构振动和失稳等方面的有效控制也提出了更高的要求, 应该采用什么样的抗震设计理论和行之有效的抗震措施及方法倍受社会关注。

1 桥梁结构传统抗震设计

我国桥梁工程传统的抗震方法以既定的设防烈度作为设计依据, 只是进行地震作用下结构的常规强度验算, 没有涉及与结构位移和延性有关的设计过程。常采用的方法有:

(1) 对于梁式桥, 增大顺桥向和横桥向梁墩搭接长度, 并设置钢筋砼挡块来加固支座。

(2) 对于板式体系, 在板的接缝处的墩台帽上设置抗震锚栓钢筋, 并设置横向抗震挡块。

(3) 对于拱桥, 采用抗扭刚度大, 整体性较好的主拱圈等。

(4) 对于下部结构, 采用增大截面尺寸、在各联结部位或薄弱环节增设钢筋和提高砂浆或砼标号来改善自身强度和抗剪能力。

2 桥梁结构抗震设计新理念

以如何采取合理的工程技术措施, 提高桥梁结构的综合抗御地震的能力和耐震性能, 将地震灾害减轻到最小程度为目的, 学者们对结构体系的地震反应进行了广泛的研究, 提出了新的抗震设计思路见图1所示:[3]

2.1 消震

消震是通过减弱震源振动强度达到减小结构振动的方法.由于震源难以确定, 且规模宏大, 目前还没有行之有效的措施将震源强度减弱到预定水平.

2.2 隔震

隔震是通过某种装置, 将地震动与结构隔开, 来减弱或改变地震动对结构作用的强度或方式, 要达到这个目的, 可通过延长结构的基本周期, 避开能量集中的范围, 从而降低结构的地震力。但通过延长结构周期以达到折减地震力, 必然伴随着结构位移的增大, 为了控制过大变形, 可通过在结构中引入阻尼装置, 以增加结构的阻尼来减小结构的位移, 还可同时降低结构的动力加速度。 (见图2和图3所示)

2.3 耗能减震

耗能减震是通过采用附加子结构或一定的措施, 消耗地震传递给结构的能量。由于耗能装置消耗掉一部分能量, 所以结构本身所需消耗的能量就减小了, 即意味着结构反应减小。从力学观点看, 耗能装置的作用, 相当于增大结构阻尼, 从而使结构反应减小。

2.4 冲击减震

冲击减震是依靠附加活动质量与结构之间的非完全弹性碰撞达到交换动量和耗散动能而实现减小结构地震反应的技术.实际应用时, 一般在结构物的某部位 (常在顶部) 悬挂摆锤, 结构振动时, 摆锤撞击结构, 使结构振动衰减。

2.5 吸震减震

吸震减震是通过附加子结构, 使结构的振动发生转移, 把结构的振动能量在原结构与子结构之间重新分配, 从而达到减小结构振动的目的。

2.6 主动控制减震

主动控制减震是利用外部能源, 在结构受地震激励振动过程中, 瞬时改变结构动力特性和施加控制力, 以衰减结构地震反映的自动控制体系。对结构实施主动控制, 相当于改变结构的动力特性, 增大结构刚度和阻尼, 减小地震作用。主动控制减震在工程结构中的应用尚处于研究阶段.

3 桥梁结构抗震新方法

3.1 隔震装置

建筑工程中常见的隔震方法主要有基底隔震和悬挂隔震两种。基底隔震方法主要有橡胶垫块隔震、滚珠或滚轴隔震、悬挂基础隔震、摇摆支座隔震和滑动支座隔震等, 本论述主要介绍橡胶垫块在桥梁工程中的应用, 橡胶垫块在桥梁工程中被称为橡胶支座, 它有普通橡胶支座和隔震橡胶支座之分。

3.1.1 普通橡胶支座

就目前状况来看, 隔震技术很少用于简支梁桥, 而多用于连续梁桥。在简支梁桥上广泛采用的为普通橡胶支座, 其形式包括板式橡胶支座、盆式橡胶支座、聚四氟乙烯滑板橡胶支座等.在桥梁设计中, 我们对支座的考虑主要是侧重于其静力性能和耐久性, 对于在地震荷载作用下的动力性能则考虑的很少, 基本上是针对满足正常使用荷载要求来研究的。这些支座的设计, 刚度和剪切应变仅是符合传统的设计要求, 设计剪应变通常在100%以内, 若在连续梁桥中仍采用普通橡胶支座便不能达到理想的隔震目的.要达到隔震目的, 支座的刚度要比较小, 支座的厚度常大于100mm, 而普通橡胶支座的厚度一般在28~58mm以内, 若厚度继续增加, 则存在失稳和倾覆破坏 (滚翻失稳) 的可能;要达到隔震目的, 支座的剪切变形必须很大, 国外隔震橡胶支座的设计剪应变常在100%~300%范围内, 极限破坏剪应变甚至可达到500%, 而按正常使用荷载要求设计出的普通支座是达不到这个要求的, 由此可见, 普通橡胶支座在满足隔震功能时产生大变形情况下的动力特性如何需要进一步进行试验研究。

3.1.2 隔震橡胶支座[1]

含铅芯橡胶支座 (LRB) 构造见图4所示, 它是在通常的橡胶和钢板上垂直钻孔, 孔中填入铅芯, 铅芯不仅在大位移变形中耗散了能量, 增大阻尼作用, 而且在缓慢的横向力作用下还能增大支座的抗力, 直至其达到屈服点为止可降低风荷载等产生的位移.该橡胶垫块集隔震器和阻尼器于一身, 能提供饱满的力——位移滞回曲线。

摩擦滑动隔震装置 (FPI) 其构造如图5所示, 它是将滑动支座和钟摆的概念相结合而形成的一种隔震装置.其滑动面是曲面, 通过结构自重提供所需的自复位能力, 帮助上部结构回到原来的位置, 利用简单的钟摆机理延长结构的自振周期。

3.2 耗能装置

目前应用在桥梁工程上的耗能装置有高阻尼橡胶支座、钢阻尼器和油阻尼器等, 高阻尼橡胶支座采用特殊配置的橡胶材料制作, 形状及构造与普通橡胶支座, 但由于该橡胶材料粘性大, 自身可以吸收能量, 有较大的耗能能力;钢阻尼器是利用钢材的塑性变形来发挥耗能效果;油阻尼器是利用活塞前后压力差使油流过阻尼孔产生阻尼力, 它产生的阻尼力大小一般与速度和温度有关。

3.3 吸震装置

工程结构中常用的吸震装置有被动调频质量阻层器、质量泵和质量放大器等.经过研究发现主结构的阻尼比越小, 吸震装置的减震作用越大。

4 结束语

传统的抗震方法使结构抵御地震处于被动的地位, 是一种消极的设计, 它依靠增加结构构件自身的强度、变形能力来抗震, 经济性欠佳;传统的抗震方法以既定的设防烈度作为设计依据, 当发生突发性超烈度地震时, 建筑物可能会严重破坏, 安全性难以保证, 它容许建筑结构在地震中出现一定程度的破坏, 适应性有限制。

以隔震、减震和制震技术为特点的结构控制设计理论与实践弥补了传统抗震设计的不足, 将消极抗震变为积极抗震, 通过三个方面改善和提高了结构的抗震功能, 一是抗震系统有一定的柔度, 延长了结构周期、降低了地震力;二是抗震系统有一定的耗能能力, 如阻尼、耗能装置等, 降低了支承面处的相对变形, 可保证位移在设计容许范围内;三是抗震系统有一定的刚度和屈服力, 使结构在正常使用荷载下不发生屈服和有害振动。

随着人类对地震以及结构地震反应认识的不断提高, 结构的抗震设计思想也在不断发展和完善。就目前状况而言, 我国的桥梁结构抗震理论还处在深入研究阶段, 抗震技术及措施在实践应用中也有不少问题有待解决。如何建立安全经济可靠的结构抗震设计, 有效抵御某种程度的不可预测的灾难性大地震, 一直是我们面临的一个持续挑战。

摘要：本论述阐述了桥梁工程结构传统的抗震方法和新的抗震设计理念, 举例说明了一些在工程中已得到应用的新的抗震方法。反映了我国在桥梁结构抗震方面取得的成果和抗震研究的最新动态。

关键词：桥梁结构,抗震设计,新理念

参考文献

[1]范立础, 王志强.桥梁减隔震设计[M].北京:人民交通出版社, 2001.

[2]范立础, 卓卫东.桥梁延性抗震设计[M].北京:人民交通出版社, 2001.

桥梁抗震加固设计方案 篇5

引言

随着我国现在化城市和经济的飞速发展,交通线路的重要性越加突出,公路交通是国民经济大动脉,同时,也是抗震救灾生命线工程之一。桥梁工程是公路工程的咽喉要道,在保障公路通畅中起着至关重要的作用。而一旦地震使交通线路瘫痪,将会给国家和人民带来极大的损失和不便。大跨度桥梁是交通运输的关键枢纽,对其进行有效的抗震设计,确保其抗震安全性意义深远。

一、大跨度桥梁抗震设计发展

大跨度桥梁的抗震设计是一项综合性的工作,反应比较复杂,相应的抗震设计也比较复杂。目前,国内外现有的大多数桥梁工程抗震设计规范只适用于中等跨径的桥梁,超过使用范围的大跨度桥梁则无规范可循。我国公路大跨度桥梁的抗震设计规范仍在初步阶段,存在许多需要进一步解决的问题。近年来,美国、日本等一些国家的地震工程专家提出了分级设防的抗震设计思想,一般可概括为:小震不坏、中震可修、大震不倒。我国《公路工程抗震设计规范》规定地震烈度7度以上地区的新建桥梁都必须抗震设防。其中,最主要的建议是要采用两水平的抗震设计方法,即要求结构在两个概率水平的地震作用下,分别达到两个不同的性能标准。

二、抗震设计

“小震不坏,中震可修,大震不倒”的分类设防抗震设计思想已广为接受,而能力设计思想也越来越广泛地被国内外专家学者所接受。能力设计思想要求在一座桥梁内部建立合理的强度级配,以保证地震破坏只发生在预定的部位,而且是可控制的。具体来说,要选择理想的塑性铰位置并进行仔细的配筋设计以保证其延性抗震能力;而不利的塑性铰位置或破坏机制(脆性破坏)则要通过提供足够的强度加以避免。大跨度桥梁的抗震设计应分两阶段进行:1)在方案设计阶段进行抗震概念设计,选择一个较理想的抗震结构体系;2)在初步或技术设计阶段进行延性抗震设计,并根据能力设计思想进行抗震能力验算,必要时进行减、隔震设计提高结构的抗震能力。

1、抗震概念设计

对结构抗震设计来说,“概念设计”比“计算设计”更为重要。正是由于地震发生的不确定性和复杂性,再加上结构计算模型的假定与实际情况的差异,使“计算设计”很难控制结构的抗震性能,因而不能完全依赖计算。结构抗震性能的决定因素是良好的“概念设计”。因此,在桥梁的方案设计阶段,不能仅仅根据功能要求和静力分析就决定方案的取舍,还应考虑桥梁的抗震性能,尽可能选择良好的抗震结构体系。在抗震概念设计时,为了保证桥梁结构的经济性和抗震安全性,要特别重视上、下部结构连接部位的设计,桥墩形式的选取,过渡孔处

连接部位的设计以及塑性铰预期部位的选择。通常允许桥梁结构在强震下进入塑性工作状态,在预期的部位形成塑性铰以耗散能量,但不允许出现脆性破坏,如剪切破坏。为了保证所选择的结构体系在桥址处的场地条件下确实是良好的抗震体系,必须进行简单的分析(动力特性分析和地震反应评估),然后结合结构设计分析结构的抗震薄弱部位,并

进一步分析是否能通过配筋或构造设计保证这些部位的抗震安全性。最后,根据分析结果综合评判结构体系抗震性能的优劣,决定是否要修改设计方案。

2、延性抗震设计

桥梁的延性抗震设计应分两个阶段进行:1)对于预期会出现塑性铰的部位进行仔细的配筋设计;2)对整个桥梁结构进行抗震能力分析验算,确保其抗震安全性。这两个阶段可以反复,直到通过抗震能力验算,或进行减、隔震设计以提高抗震能力。

3、桥梁减、隔震设计

减、隔震技术是简便、经济、先进的工程抗震手段。减、隔震装置是通过增大结构主要振型的周期使其落在地震能量较少的范围内或增大结构的能量耗散能力来达到减小结构地震反应的目的。在进行抗震设计时,要根据结构特点和场地地震波的频率特性,通过选用合适的减隔震装置、相应参数以及设置方案,合理分配结构的受力和变形。一方面,应将重点放在提高吸收能量能力从而增大阻尼和分散地震力

上,不可过分追求加长周期。另一方面,应选用作用机构简单的减、隔震体系,并在其力学性能明确的范围内使用。减、隔震设计的效果,需

要进行非线性地震反应分析来验证。

大量研究表明,最适宜进行减、隔震设计的情况主要有:

1)桥梁墩柱较刚性,即自振周期较小;

2)桥梁很不规则,如墩柱的高度变化较大,有可能导致受力不均匀;

3)预测的场地地震运动的能量主要集中在高频分量,而低频分量的能量较少(浅震、近震、岩石地基)。因此,要根据结构特点和场地震动特点决定是否要进行减、隔震设计,以及采取什么减、隔震装置。

近年来国内外学者提出在桥梁结构中设置粘滞阻尼器来改善结构的抗震性能,已在多座桥梁中得以应用。有研究表明:将隔震支座与粘滞阻尼器组合使用既能减小结构地震力,又能有效地控制梁体位移及墩、梁相对位移。

三、抗震加固技术

在决定一座桥梁是否如何加固以前,应先评估其抗震能力。主要是先决定墩柱的破坏形式及墩柱的最大延性能力,其次计算整体屈服的地震加速度及整体的最大延性能力,最后算出桥梁的抗震能力Ac值。

1、桥梁震害介绍

从我国历次破坏地震中,调查得到的公路桥梁震害产生的主要原因有以下几类:

(1)支承连接件失效———由于上下部结构产生了支承连接件不能承受的相对位移,使支承连接件失效,上部与下部结构脱开,导致梁体坠毁。由于落梁的强烈冲击力,下部结构将遭受严重破坏。支承连接件失效的原因,主要是设计低估了相邻跨之间的相对位移。为了解决这个问题,目前国内外的通常做法是增加支承面宽度和在简支的相邻梁之间安装纵向约束装置。

(2)下部结构失效———主要是指桥墩和桥台失效。桥墩和桥台如果不能抵抗自身的惯性力和由支座传递来的上部结构的地震力,就会开裂甚至折断,其支承的上部结构也将遭受严重的破坏。

钢筋混凝土柱式桥墩大量遭受严重损坏,是近期桥梁震害的一个特点。其原因主要是横向约束箍筋数量不足和间距过大,因而不足以约束混凝土和防止纵向受压钢筋屈曲。目前的解决办法是通过能力设计和延性设计,使桥梁的屈服只发生在预期的塑性铰部位,其余结构保持弹性。

(3)软弱地基失效———如果下部结构周围的地基易受地震震动而变弱,下部结构就可能发生沉降和水平移动。如砂土的液化和断层等,在地震中都可能引起墩台的毁坏。地基失效引起的桥梁结构破坏,有时是人力所不能避免的,因此在桥梁选址时就应该重视,并设法加以避免。如果无法避免时,则应考虑对地基进行处理或采用深基础。

2、研究现状

针对桥梁在地震中的震害类型,目前,国内外桥梁抗震加固主要采

取以下技术措施:

(1)在伸缩缝、铰和梁端等上部接缝处采用拉杆、挡块或者增加支承面宽度等措施,以防止落梁震害的发生;

(2)增加钢筋混凝土桥墩的横向约束,提高其抗弯延性和抗剪强度,防止桥墩弯曲和剪切震害;

(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。例如采用铅芯橡胶耗能支座等。对隔震而言,利用周期、阻尼与位移等相依变量进行参数分析,配合加固目标的订定,最后提出结合位移设计法的隔震装置加固设计程序。隔震装置的分析采用铅芯橡胶支座(LRB)以及摩擦单摆支座(FPS)两种。对减震而言,亦可结合位移设计法进行减震加固设计。可使用替代结构法,将结构以等效劲度及等效阻尼比以线性迭代的方式来进行粘滞性阻尼器的加固设计。

3、发展趋势

从桥梁震害调查中发现,遭受严重破坏和倒塌的桥梁结构,绝大部分是源于落梁和抗弯延性不足。因此,国外主要的多震国家,开始强调桥梁结构整体的延性能力,其它一些国家则在原有规范的基础上,也相应地对保证桥梁结构整体的延性能力,并通过设计和构造保证桥梁结构的整体延性能力。为了保证结构的整体延性能力,目前通常的做法是增加防落梁构造措施和在预期出现塑性铰的关键部位增加横向约束,以提高桥墩的抗弯延性和抗剪强度。从加固的对象上来看,美国、日本等桥梁抗震加固水平最高的国家,已经把加固的重点从以前单一的防落梁构造措施,转移到重视桥墩整体延性上来,以保证加固后的桥梁与新建桥梁的抗震能力相当。国内外地震工程研究人员总结了近年来国内外的震害资料,开始检讨过去单纯“强度抗震”设计的指导思想,研究考虑基于性能的抗震设计原则。基于性能的设计被广泛的认为是未来结构抗震设计规范的基本思想。抗震设计的性能指标,可以是单一指标,也可以是多指标或组合指标。在研究手段方面,整个抗震工程学都出现了越来越重视和依靠地震模拟试验的发展趋势。应该注意到现在的试验已经不再是传统意义上的简单试验,而是和现代科技融为一体的高科技试验.四、结语

桥梁结构抗震设计 篇6

【关键词】建筑结构；抗震结构；设计理念

0.引言

随着城市化经济的不断发展，建筑施工工程也在逐渐的增多，因此为了使其施工质量得到进一步的保障，人们也将许多先进的科学技术应用到其中。不过，从当前我国建筑施工的实际情况来看，由于我国的地质条件十分的复杂，这就给整个建筑工程工程施工带来了一定的难度，因此为了保障工程的施工质量，对其成本进行有效的控制，我们就要对建筑工程的地质条件进行相应的分析，从而采用相应的设计手段，来让建筑物的抗震性能得到有效的提升，以确保建筑物的稳定性和可靠性。

1.抗震概念设计的基本原则与要求

1.1选择有利场地

在建筑工程施工中，建筑抗震设计有着十分重要的意义，它是保障整个建筑物稳定性和可靠性的重要手段之一，于是，我们在对其施工场地进行选择的过程中，就要对其施工地段进行全方位的分析，对整个工程的地质情况进行全面的了解，以确保工程的施工质量。

1.2采用合理的建筑平立面

在对建筑平面结构进行设计的过程中，设计师们必须要对整个建筑平面进行合理的设计，并且将相应的抗震设计理念融入到其中，只有这样才能使得建筑物的稳定性得到进一步保障。

1.3选择合理的结构形式

在建筑抗震设计的过程中，技术人员为了避免其整个建筑结构出现相关的破坏问题，我们就要对建筑结构体系中设置相应的抗震防线，从而使得建筑结构形式的稳定性和刚度得到进一步的保障。而且随着时代的不断进步，人们也将许多先进的施工技术和管理理念应用到其中，这就使得建筑结构形式的各方面性能得到进一步的提升。

2.具体设计

2.1场地选择

在对建筑施工场地进行选择的过程中，设计人员首先要对施工场地的地质环境进行勘察，尽量避开抗震危险的地段，这样不仅使得建筑物的稳定性和安全性得到有效的保障，还让整个建筑工程施工的经济效益和社会效益得到进一步的保障。为此我们在对其施工场地进行选择的过程中，一般都会选用非发震断层，来对其进行相应的施工处理，进而有效的提高了工程的施工质量。

2.2建筑的平立面布置

建设企业在建筑工程施工是，对整个建筑物动力性能进行计算分析是很有必要的，这不仅是建筑结构形式布置的相关内容，可以使得建筑物的稳定性和可靠性得到进一步的保障，还能够让建筑物施工的效益得到进一步的提升。一般来说，我们在对建筑结构形式进行布置的过程中，我们必须要对整个建筑结构质量和刚度变化的均匀度进行有效的控制，避免其建筑结构形式出现不合理的设计，使得建筑物在外界环境的作用下，出现相应的质量问题。而且在不同的地区，人们对建筑物的平面结构设计也就存着一定的差异，因此我们在对其进行抗震设计处理的过程中，就要根据工程施工的实际情况和相关要求，来对整个建筑物的抗震设计的相关内容进行严格的要求，从而使得建筑物的稳定性和安全性得到很好的保障。

2.3多道抗震防线

多道防线是指一抗震结构体系，应有若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同工作。当共振时，多道设防的优越性更为明显，当第一道防线破坏，第二道防线接替后，建筑物的自振周期变化较大，共振现象缓解。

2.4刚度、承载力和延性的匹配

钢筋混凝土剪力墙体系的特点为抗侧移刚度大，自振周期较短，地震作用较大。若增加墙厚和数量、减小横墙间距，则刚度增加，但地震反应加大。剪力墙可能会因承载力不足而破坏。建筑并不是愈刚愈好，二者应相互匹配。框架-剪力墙体系的自振周期的大小决定于抗震墙的数量。数量少而薄，刚度低，周期就长，地震剪力就小，但抗侧移能力也低。框架体系的特点为抗侧移刚度小，水平侧移大，结构周期较长，地震反应也小。由于水平侧移大，效应增大并随高度增加而累积，会造成承载力不足而破坏。刚度与延性对于有框架和抗震墙或由框架和支撑组成的双重体系中；框架刚度小，承担的地震剪力小，而弹性极限变形大；墙体或竖向支承刚度大，承担的地震剪力大，而弹性极限变形小；在往复地震动的作用下，墙体和支承由于弹性变形能力差而出现裂缝、杆件屈曲，水平抗力降低，而此时的结构层间位移角远小于框架的弹性极限变形值，框架的水平抗力未得到发挥；由于体系中各抗侧力构件的刚度与延性的不匹配，造成各构件不能同步协调地发挥水平抗力，出现先后破坏的各个击破情况。

2.5非结构部件处理

所谓非结构部件，一般是指在结构分析中不考虑承受重力荷载以及风、地震等侧力荷载的部件，如内隔墙、楼梯踏步板、框架填充墙、建筑外围墙板等。考虑填充墙的影响：填充墙对框架结构的影响：使结构抗侧移刚度增大，自振周期减短，从而使作用于整个建筑上的水平地震力增大。改变了结构的地震剪力分布。限制了框架的变形，减少了整个结构的地震侧移幅值。填充墙充当了第一道抗震防线的主力构件，使框架退居为第二道防线。

填充墙的布置：砌体填充墙不同于轻型隔墙，尽管均为非承重构件，但它具有较大的抗侧移刚度，所以不能随意布置。在建筑平面上，填充墙的布置力求对称均匀，以免造成结构偏心。沿房屋竖向，填充墙应连续贯通，以避免在填充墙中断的楼层出现框架剪力的骤增。在框架结构中当必须采用砌体填充墙作维护墙时，应采用有效的措施防止床裙墙对框架柱产生的嵌固作用，防止短柱的出现。

短柱：柱的剪跨比，剪跨比>2时，为长柱，≤2时为短柱，≤1.5时为超短柱。长柱的破坏形式多为弯曲破坏，短柱多为剪切破坏，超短柱发生剪切斜拉破坏。同一楼层各柱之间的抗侧刚度不是很悬殊，但是一旦存在少数短柱，它们的抗侧刚度远大于一般柱子的抗侧刚度，短柱将吸收较大水平地震剪力，尤其是框架結构中的少数短柱。容易出现短柱的部位：窗间墙处的柱、楼梯间柱（与平台梁连接）。处理：贴砌方案或柔性连接。

外墙板与主体结构的连接方案选择使应考虑：结构抗震分析中是否要求外墙板受力；结构抗侧移刚度的大小；抗震设防烈度的高低。

3.比较结构抗震的设计方法

3.1抗震抗震性能水平

对于不同等级的抗震性能，都应根据结构类型、结构变形等方面加以定义，应该表达为量化指标，以便工程设计和评估。

3.2结构的抗震性能目标

在一个或多个设计地震作用水准上选择更高的性能目标，虽然在一定程度上会提高建筑造价，却能减免以后可能会产生的损失。

4.结束语

由此可见，在当前我国建筑行业发展的过程中，对建筑物进行相应的抗震结构设计是很有必要的，这不仅可以使得整个工程项目施工的效益得到保障，还使得建筑物的安全性和稳定性得到进一步的提升。不过，从当前我国建筑抗震结构设计的实际情况来看，其中还存在着许多的问题，为此我们还要在不断的实践过程中，来对其设计理念进行相应的优化和改进，并且严格根据工程施工的实际情况，来对其进行处理，从而使得建筑工程的施工质量得到保障，促进我国建筑行业的稳定发展。 [科]

【参考文献】

[1]王振宇，刘晶波.建筑结构地震损伤评估的研究进展[J].世界地震工程，2001，17（3）：31-35.

[2]龚思礼等.建筑抗震设计[M].北京：中国建筑工业出版社，1994.

桥梁结构抗震设计 篇7

关键词：抗震设计,桥梁结构,震害

0 引言

世界各国普遍认同“小震不坏, 中震可修, 大震不倒”三级抗震设防思想。含义是:在多遇小震的情况下, 建筑物不需要休整, 可以正常使用;在偶遇的中震情况下, 建筑在修复情况下可以正常使用;在罕见的大震情况下, 建筑可能发生重大损坏, 但不致倒塌, 抗震防灾的目标是为了减轻地震对桥梁的破坏, 同时减少地震对经济的损失, 保障人民生命和财产安全。这就说明抗震设防在很大程度上要以来经济和技术做保障。从目前来看, 采用多级抗震设防思想是必然趋势[1]。

1 桥梁结构的震害

1.1 桥梁上部结构的破坏

由于墩台、支座等的隔离作用, 桥梁上部结构自身在地震作用下发生破坏的情况比较少见, 多为下部构件的破坏所引起, 通常有以下几种震害情况。

①墩台部位处相邻梁的相互撞击引起的梁端破坏, 这种情况是由于低估了地震所能引发的桥梁位移, 使得相邻结构之间预留间距的不足导致梁端等部位的冲击破坏。②墩柱位移过大引起落梁导致的桥跨破坏, 这种情况多为桥梁墩台的延性设计不足而导致的。③地基失效导致上部结构破坏, 当桥梁建于软土或可能发生液化的地基上时, 软土地基通常会放大结构的地震反应, 增加桥跨倒塌的可能性。

1.2 桥梁下部结构的破坏

桥梁震后难以回复的主要原因是下部结构严重破坏, 从而引发桥梁倒塌。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]。

桥梁下部结构破坏主要包括桥台的破坏;墩柱的破坏和基础的破坏。

从调查地震所引起的基础震害情况来看, 基础发生下沉的情况是很多见的。资料表明:地基失效, 如土体滑移、砂土液化地基下沉、岸坡滑移或开裂等是引起桥梁基础发生破坏的主要原因, 这种由于不良地质条件引起的基础严重破坏很难采用加强其抗震能力来避免, 一般在概念设计上多加考虑, 如桥梁选址、结构布置等。

1.3 桥梁附属设施的破坏

构造不合理导致地震时桥面系、伸缩缝、桥头搭板及锥形护坡等发生的破坏也很常见。

以上震害分析涉及到桥梁的各个组成部分, 因此桥梁的抗震设计是一完整的体系, 各部分间的抗震性能是相互影响的。国内外多年来积累的抗震实践使人们认识到, 合理的结构类型、准确的设计理论及完备的构造措施是保证桥梁具有较强的抗震能力的充分必要条件。

2 国内外桥梁结构抗震的技术措施

公路桥梁的抗震加固是依据震害现象而采取相应的抗震加固措施。目前国内外对桥梁抗震加固, 针对震害类型, 主要采取以下防护措施:

2.1 防止落梁:

在伸缩缝、铰和梁端等上部接缝处采用拉杆、挡块、限位器, 连接上下部结构, 延长支承长度[3]。

我国《公路工程抗震设计规范》有一些措施是防止落梁规定, 如规定最小支承长度;加强桥台胸墙, 并在梁与梁和梁与桥台胸墙之间加装适当的橡胶垫;对桥面不连续的简支梁 (板) 桥和吊梁, 采用挡块、螺栓连接和钢夹板连接等防止纵横向落梁。对支座的要求, 在8度区, 不应采用摆柱支座, 当采用辊轴支座时, 应采取限位措施, 在9度区, 梁桥活动支座应采用竖向限位措施。除上述措施外, 我国《公路桥涵养护规范》 (JTGH11-2004) 补充了固定主梁 (板) 、将主梁连成整体的措施来防止纵向落梁;对于防止横向落梁, 可采用在边主梁外侧浇注钢筋混凝土横向挡块或固定三角形钢支架、也可以用钢拉杆或横隔板加强主梁之间的横向联结;为了防止支座破坏, 可设置支座挡块, 若是钢支座可将相邻跨径的两支座用钢筋纵向连接加固。

2.2 地基、基础加固:

防止地基液化可采用更换土壤、增大基础和增加桥墩数量的方法, 考虑到杂质的影响可采用土壤表面覆盖的混凝土面层、保护基础的钢板或钢桩, 基础抗震加固可采用增大基础、增加桥墩数量和设置侧梁的方法。

我国《公路工程抗震设计规范》中关于建造于软弱黏性土层、液化土层和严重不均匀地层上的桥梁, 应采取以下措施:换土或采用砂桩;减轻结构自重、加大基底面积, 减少基底偏心;增加基础埋置深度、穿过液化土层;采用桩基础或沉井基础。对于地基的加固方法, 《公路桥涵养护规范》给出了水泥灌注法、旋喷灌浆法和硅化法。

2.3 下部结构加固:

对于下部结构形式可在旧截面周围浇筑新混凝土增加截面、设置钢套管提供约束、设置墙体和增加桥墩数量的方法。截至目前, 钢套管外包加固是使用最多的, FRP系列复合材料比其他的加固材料安全可靠、施工简便迅速、耐久性更好等优点, 随着工艺的改进和总体施工成本的下降, FRP系列复合材料在桥梁抗震加固中的应用将越来越广泛[4]。

3 我国桥梁结构抗震设计方法分析

3.1 桥梁上部结构、应选择适当的桥型, 墩台及基础形式, 结构特点、地质条件、应考虑地形、规模、重要性以及震害经验。如果修复桥梁必须在断层上时, 应该采用墩台较低, 跨径较小的简支梁桥。

3.2 应采取抗震措施, 但可不进行抗震、稳定性验算的有:①简支梁桥的上部构造。②基本烈度低于9度, 基础位于I、II类场地土上的跨径不大于30m的单孔板拱拱圈。③基本烈度低于8度, 二、三、四级公路上位于非液化土和非软弱黏性土地基上的实体墩台。

3.3 验算桥梁抗震强度和稳定性时, 地震荷载应与结构重力、土的重力和水的浮力相组合, 其他荷载不考虑。

3.4 季节性较强的地区可不考虑水流对桥梁的影响, 通常是计算水的浮力;位于常水位水深超过5m的实体桥墩、空心桥墩的抗震设计, 应计入地震动水压力。

3.5 位于非岩石地基上的梁桥桥墩抗震设计, 应计入地基变形的影响。

4 结论

本文通过对桥梁结构的主要震害及抗震设计方法进行分析, 期望能够对容易发生震灾的桥梁结构的抗震设计有所帮助, 确保桥梁结构的抗震作用。

参考文献

[1]陈洁.简述桥梁结构抗震设计与设防措施[J].价值工程, 2013, 10:109-110.

[2]雷艳妮.桥梁结构抗震分析的一点浅见[J].城市道桥与防洪, 2013, 08:138-141, 389.

[3]阳柳, 周立.简析减隔震技术对提高桥梁结构抗震安全性的作用[J].交通建设与管理, 2013, 09:88-89.

[4]曹春义.探讨桥梁结构抗震设计[J].中国建筑金属结构, 2013, 20:161.

浅谈大跨度桥梁结构抗震分析 篇8

1 影响桥梁结构地震响应分析的因素

影响桥梁结构地震响应的主要因素包括地震动的输入、非线性、结构阻尼、结构与地基的相互作用等。

1.1 地震动输入

地震动输入是进行结构地震反应分析的依据, 其对结构的地震响应分析影响显著。结构的地震响应, 除了和结构的动力特性、弹塑性变形性质、变形能力有关外, 还和地震动的特性 (幅值、频谱特性和持续时间) 密切相关, 所以合理的进行地震动的输入才能对结构的地震响应进行合理的分析。

在地震过程中, 地面的运动在时间和空间上一般都具有高度的变化性, 在通常的结构地震反应分析中, 往往只考虑它们的时间变化性, 而不考虑它们的空间变化性。因此, 在结构地震反应分析中, 通常都假定各支承点的地面运动是相同的。然而, 大跨度桥梁的各支承点可能位于显著不同的场地, 由此导致各支承处输入地震波的不同, 因此, 在地震反应分析中就要考虑多支承点不同激励, 即多点激励。即使场地土情况变化不大, 也可能因地震波沿桥纵轴向先后到达的时间差, 引起各支承处输入地震时程的相位差, 即行波效应。目前, 分析结构的多点激振和行波效应的方法主要有两种, 即相对运动法 (RMM) 和大质量法 (LMM) 。大质量法是通过对质量矩阵主对角元充大数的方法实现的, 数学表达式比较简单, 可以得到精确的结果, 但在求解中可能会遇到一些困难。而相对运动法把位移分成动力位移和拟静力位移, 因此可以得到一些重要的附加信息, 即动力反应和拟静力反应, 有助于分析结构在多点激励下的性能。此外, 求解比较简单。因此, 相对运动法应用较广。

1.2 非线性问题

非线性问题一般分为材料非线性、几何非线性和接触问题三类。材料非线性是指结构的应力-应变关系呈非线性关系;几何非线性是指应变-位移呈非线性关系, 又可以分为大位移小应变 (有限位移) 和大位移大应变 (有限应变) 两种情况;接触问题是指受力过程中边界约束呈非线性问题。大跨度桥梁的非线性因素主要有几何非线性、桥墩弹塑性和支承连接条件的非线性。几何非线性问题是由结构的受力特点所导致的, 结构材料的非线性性质也会影响结构响应, 亦即材料非线性问题。比如大跨度桥梁中常用的混凝土是一种非线性性质很强的材料, 只要应力超过0.2～0.3Ra, 混凝土的应力-应变关系就表现为非线性的, 钢材超过弹性极限后其应力-应变也表现为非线性。实际上, 大量的震害调查表明, 在强震下, 桥墩、桥塔及拱肋等构件都有可能进入塑性工作阶段, 此时, 结构的荷载-位移关系当然是非线性的。因此在大跨度的桥梁抗震设计中必须充分考虑非线性的影响。

1.3 阻尼问题

阻尼是结构的一个重要动力特性, 也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征。桥梁结构的阻尼主要由两类阻尼组成, 即结构本身所具有的阻尼及周围介质提供的阻尼。结构本身的阻尼主要取决于结构类型、材料、筑构方式及各种部件之间的连接方式;而周围介质提供的阻尼主要是桥梁墩台及台后填土提供的约束阻尼、摩擦耗能等。一般桥梁结构地震响应分析中, 阻尼可用阻尼比的形式计入;而对于非线性地震响应分析, 或具有非均匀阻尼的桥梁的地震响应分析, 则必须采用正确的方法计算阻尼矩阵。目前, 匀质结构一般都采用瑞利阻尼矩阵, 即假定阻尼矩阵为刚度矩阵和质量矩阵的线性组合。为了考虑由结构的非匀质性和各部分耗能机理不同而引起的阻尼非匀质性, Clough提出了非比例阻尼理论, 认为总阻尼矩阵可由分块的瑞利阻尼矩阵叠加而成。要考虑阻尼的影响, 无论是采用阻尼比的形式, 还是阻尼矩阵的形式, 都必须先确定桥梁结构的阻尼比。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。在桥梁结构的动力响应分析中, 只能参考一些实测资料来估算阻尼比。由于目前国内桥梁的实测阻尼资料很少, 而现有阻尼比实测值的离散性又很大, 因此阻尼比的正确估计一直是桥梁结构地震响应分析的难点。

1.4 结构与地基的相互作用

大量的震害资料表明, 结构与地基的相互作用是导致桩基震害的主要原因之一。因此在桩基础的地震反应分析中, 为得到较为符合实际的分析结果就必须考虑土和结构的相互作用。如果地基刚度较大时, 往往用刚性地基模型对结构进行地震响应分析, 这一假设基本上是符合实际的。然而, 当桥梁建于软土层时, 地基的变形会使上部结构产生移动和摆动, 从而导致上部结构的实际运动和按刚性地基假定计算的结果之间有较大的差别, 这是由地基与结构的动力相互作用引起的。在地震中, 上部结构的惯性力通过基础反馈给地基, 使地基发生变形, 从而使结构的平动输入发生改变, 同时还使结构受到转动输入分量的作用。桩-土-结构动力相互作用使结构的动力特性、阻尼和地震反应发生改变, 而忽略这种改变并不总是偏安全的。又由于大多数桩基结构是由群桩构成的, 桩数较多, 分析也变得较为复杂, 因此, 桩基础的地震反应分析是影响桥梁结构地震响应分析的重要因素之一。

2 桥梁结构地震响应分析方法

现行桥梁的抗震分析方法主要为确定性分析方法, 它是以确定性的荷载作用在结构上, 包括静力法、地震反应谱分析方法和时程分析方法, 是目前应用广泛的地震分析方法。

2.1 静力法

以水平向地震动加速度产生惯性力作为惯性力加在结构上。早在1899年, 日本大房森吉提出静力法的概念。它假设结构物各个部分看作与地震动具有相同的振动。此时, 结构物上只作用着地面运动加速度undefined乘上结构物质量M所产生的惯性力, 把惯性力视作静力作用于结构物作抗震计算。惯性力计算公式为:undefined (式中, W为结构物各部分重量, K为地面运动加速度峰值与标准自由落体加速度g的比值) 。1915年, 佐野倡导震度法, 即根据静力法的概念提出以结构的10%的重量作为水平地震荷载, 于1923年关东大地震后的次年建立了最早的桥梁下部结构工程的抗震方法。从动力学的角度, 把地震加速度看作是结构地震破坏的单一因素有极大的局限性, 因为这忽略了结构的动力特性这一重要因素。只有当结构物的基本固有周期比地面运动卓越周期小很多时, 结构物在地震振动时才可能几乎不产生变形而可以被当作刚体, 静力法才能成立, 如果超出了这个范围, 就不可能适用。静力法以地震荷载代替结构在地震强迫振动下的激励外因, 作用于结构计算静力效应代替结构在地面运动激励下的动力效应。

2.2 反应谱法

此法考虑了结构的动力特性, 用静力的方法去解决动力问题。动力反应谱法还是采用“地震荷载”的概念, 从地震动出发求结构的最大地震反应, 但同时考虑了地面运动和结构的动力特性, 比静力法有很大的进步。反应谱方法概念简单、计算方便, 可以用较少的计算量获得结构的最大反应值。但是, 反应谱只是弹性范围内的概念, 当结构在强烈地震下进入塑性工作阶段时即不能直接应用, 因此, 它不能考虑结构的非线性。另一方面, 地震作用是一个时间过程, 但反应谱方法只能得到最大反应, 不能反映结构在地震动过程中的经历。实际上, 对于结构某一截面的各个内力分量, 出现最大值的时间不尽相同, 因而同时取最大值进行抗震验算不太合理。而且, 地震动的持续时间对结构的地震反应也有重要的影响。此外, 反应谱长周期部分的确定也是一个难点。因此, 反应谱方法只能作为一种估算方法。在大跨度桥梁的方案设计阶段可以应用反应谱方法进行抗震概念设计, 以选择一个较好的抗震结构体系。为了扩大反应谱方法的应用范围, 国内外不少学者对反应谱方法进行了很多研究, 主要集中在以下几个方面:①长周期设计反应谱值的正确估计;②反应谱组合方法的研究:先后提出的反应谱组合方法有:SRSS, CQC, IGQC, SUM, DSC, GRP等;③非弹性反应谱的研究:随着延性抗震研究的不断深入, 非弹性反应谱的相关文献也在增多。尽管不少学者对反应谱方法做了很多改进, 但对于复杂、大跨桥梁的地震反应, 反应谱方法目前仍然不能很好的考虑各种复杂的影响因素。

2.3 动态时程分析法

此法是在地震时建立结构振动方程式, 求解每一时刻的结构响应。目前, 大多数国家除对常用的中小跨度桥梁仍采用反应谱方法计算外, 对重要、复杂、大跨的桥梁抗震分析均采用动态时程分析法。动态时程分析法从选定合适的地震动输入出发, 采用多节点多自由度的结构有限元动力计算模型建立地震振动方程, 然后采用逐步积分法对方程进行求解, 计算地震过程中每一瞬时结构的位移、速度和加速度响应, 从而可以分析出结构在地震作用下弹性和非弹性阶段的内力变化以及构件逐步开裂、损坏直至倒塌的全过程。这一计算过程相当冗繁, 须借助专用计算程序完成。动态时程分析法可以精确地考虑地基和结构的相互作用, 地震时程相位差及不同地震时程多分量多点输入, 结构的各种复杂非线性因素以及分块阻尼等问题。此外, 动态时程分析法可以使桥梁的抗震设计从单一的强度保障转入强度变形的双重保障。迄今为止, 对体系复杂的桥梁非线性地震反应, 动态时程分析方法还是理论上唯一可行的分析方法, 最新的日本与美国规范都已将此方法列为规范采用的分析方法之一。

3 结论

大跨度桥梁的地震响应比较复杂, 影响因素繁多, 所以对此进行相应的抗震设计、分析与评估比较困难。阐述了影响大跨度桥梁地震响应分析的基本因素, 并对遇到的问题做出了相应的分析, 总结了几十年来大跨度桥梁的地震响应分析方法。但由于大跨度桥梁空间结构的复杂性和方法的局限性, 所以对大跨度桥梁的抗震分析仍需要进一步的提高。

摘要：地震灾害长期以来危害着人类的生产和生活, 往往造成大量的经济损失, 以及公路桥梁等各种设施的破坏倒塌和人员伤亡。因此, 对大跨径桥梁结构的抗震研究具有重要的意义。主要阐述了桥梁地震分析的主要影响因素, 包括非线性、结构阻尼、结构与地基相互作用等;同时论述了结构抗震方法的演变和每种方法的优缺点;此外, 对抗震方法的发展方向进行了说明和展望。

关键词：大跨径桥梁,结构抗震,地震响应

参考文献

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[2]李国豪.桥梁结构稳定与振动 (修订版) [M].北京:中国铁道出版社, 1996.

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[6]周勇.桥梁抗震分析方法综述[J].甘肃科技, 2006, 22 (4) :164-167.

[7]任剑.浅议公路桥梁抗震加固技术[J].甘肃科技, 2009, 25 (18) :128-129.

[8]刘生红.罕遇地震下大跨度连续梁桥固定墩抗震性能分析[J].甘肃科技, 2009, 25 (10) :87-88.

桥梁结构抗震设计 篇9

1 抗震设计算例比较分析

下面将对一座3×30 m连续梁桥分别采用两种规范进行纵桥向简单抗震设计, 以实际体会两种规范的异同。

1.1 算例简介

某一3×30 m连续梁桥, 见图1。上部结构为预应力混凝土连续箱梁, 宽18 m, 高1.5 m, 桥面铺装层厚度13 cm, 三道防撞栏质量共计2.6 t/m。采用双柱式桥墩, 墩柱为1.5 m×1.35 m的实心钢筋混凝土截面, 横向间距为4.15 m, 混凝土用C50。中墩每一立柱顶设置一固定盆式支座, 其他立柱顶设置单向活动盆式支座。桥梁处于中硬场地, 采用刚性扩大基础。

墩柱截面尺寸及配筋如图1。主筋为36根直径28 mm的Ⅱ级钢筋, 净保护层厚度为40 mm, 箍筋为直径12 mm的Ⅱ级钢筋, 纵向间距在塑性铰区内为10 cm, 塑性铰区外为20 cm。

1.2 按《2008公路桥梁抗震设计细则》进行抗震设计

1.2.1 设计地震力

抗震设防烈度为8度, 桥址场地设计基本地震加速度峰值为A=0.20 g, 桥址为I类场地条件, 场地特征周期Tg取值为0.30 s。桥梁结构纵桥向可简化为单自由度振动体系, 其自振周期为:设计水平地震力为Ehtp=ShlGtp/g=Sm=2.25CiCsC-dAm则墩柱纵桥向设计地震力考虑滑动墩摩阻影响后为Ehtp=Sm-Ci∑μiNi, 计算结果:设计地震E1级水平地震力FE1=2331 kN, E2级水平地震力FE2=7 034 kN。

1.2.2 延性构件的设计计算

下面对固定墩的单个墩柱进行设计验算。

(1) 抗弯强度验算

墩底弯矩为:M=Ehtp1q=8 160 kN·m, 恒载轴力为:N=5682 k N, 在轴力作用下, 墩柱抗弯强度为:Mu=5 746kN·mM, 满足要求。

(2) 抗剪强度验算

剪力设计值:, 墩柱的抗剪强度由混凝土抗剪强度Vc和横向钢筋抗剪强度Vs提供, 塑性铰区内:Vco=<φ× (Vc+Vs) =3 565 kN, 塑性铰区外:Vco<φ× (Vc+Vs) =2 582 kN, 均满足要求。

(3) 变形验算

地震E2作用下, 墩顶水平位移:Δl=90 mm, 单柱墩位移为:Δul=359 mm, Δul>Δl, 满足要求。

1.3 按《Caltrans抗震设计准则》进行抗震设计

为了方便对比, 地震力采用1.2.1计算出的地震力。

1.3.1 桥梁抗震验算

(1) 最小侧向强度验算

墩底弯矩为:M= (0.1×Pdl) /2×l=13 448 kN·m, 恒载轴力为:N=5 682 k N, 在轴力作用下, 墩柱抗弯强度为:Mu=5 746 kN·mM, 满足要求。

(2) 抗剪能力验算

最大剪力需求为:Vco=1.2 M/L=2 660 kN, 塑性铰区内:Vco<φ× (Vc+Vs) =4 312 kN, 塑性铰区外:Vco<φ× (Vc+Vs) =3 196 kN, 均满足要求。

(3) 桥梁结构整体位移验算

桥梁的整体位移应满足Δd<Δc, 本例中, 桥梁的整体变形能力取决于固定墩的变形能力, 因此近似以固定墩的变形能力作为桥梁结构的整体变形能力。则Δd=72 mm<Δc=355 mm, 满足要求。

1.4 算例小结

从算例中可以看出, 美国规范的弯矩需求为13 448 kN·m, 对剪力的需求为2 660 kN, 均远高于我国规范所对应的值, 可见美国规范对墩柱的抗弯能力提出了更高的要求。可以得出使用美国规范设计固定墩纵筋增加了136%, 而使用我国规范设计纵筋只增加了63%, 可知美国规范对固定墩的延性要求更高。

2 结论

抗震设防不能追求绝对的安全, 需从危险概率的大小来定义安全度, “小震不坏、中震可修、大震不倒”的多级设防思想已为包括中美在内的多国设计规范所采用。延性构件对整个桥梁结构体系所起的作用如同保险丝, 桥梁的抗震安全很大程度上取决于延性构件的设计是否合理, 而美国规范对墩柱、盆式支座和基础等构件的要求普遍高于中国规范, 可以认为是相对保守的。为了对两规范中各种规定和公式的合理性和准确性进行评估, 应该通过研究更多的实际桥梁震害资料和试验, 以便对我国规范的进一步修改提供参考。

摘要：对我国新颁布的公路桥梁抗震设计细则和美国的《Caltrans抗震设计准则》进行比较分析。按照这两种规范对一座连续梁桥分别进行抗震设计验算, 简要的对比两国抗震设计思想的不同。

关键词：桥梁抗震,抗震细则,设计,比较

参考文献

[1]赵冠远, 阎贵平.对美国桥梁抗震规范中桥墩抗剪强度计算公式的评价[J].世界地震工程, 2002, (4) :85-90.

桥梁结构抗震设计 篇10

一、桥梁工程的地震灾害

根据相关的统计资料表明, 桥梁工程的地震灾害主要可以从这些方面来理解。

一是弯曲破坏:在水平地震荷载的作用下, 结构出现了较大的变形, 脱落混凝土保护层, 促使有崩裂问题出现于内部混凝土中, 降低结构的承载能力。可以这样理解, 弯矩加大到一定限值, 有水平弯曲裂缝出现于截面上, 在不断加大的荷载强度下, 就会增加受拉侧纵筋的屈服强度。

二是剪切破坏:在水平地震作用下, 如果结构受到了超过限值的剪切力, 就会促使剪切破坏的发生, 可以这样来理解, 当弯矩和开裂强度相同, 就会导致水平弯曲裂缝出现于截面上, 在不断提高荷载强度的过程中, 就会有斜方向的剪切裂缝出现于柱内, 增大局部剪切裂缝, 导致剪切破坏的出现。

三是落梁破坏:落梁破坏的发生主要是因为梁端支撑长度小于梁体的水平位移, 这种破坏形式主要是因为梁和桥墩有着过大的相对位移, 那么支座的约束能力就会降低或者消失, 它的发生主要有这些因素决定, 如桥墩之间地震相对位移、梁的支撑长度、支座破坏等等。

二、桥梁抗震设计的原理

桥梁抗震设计可以分为两大类方法, 一类是确定性方法, 另一类则是非确定性方法, 前者指的是作用于结构上的荷载是确定性的, 然后对在本荷载作用下的结构动力反应进行解答;后者指的是将结构的地震动作用看作是随机的。

确定性方法:这种类型包括了诸多种方法, 静力法是18世纪末提出来的, 这种方法假设地震动的振动规律和结构各个部分是相同的, 那么就可以相乘地面运动加速度与结构总质量, 就得出来了地震力作用于结构上的惯性力, 那么通过结构线弹性静力分析即可。反应谱法也是非常重要的一种, 它指的是结构上承担的实际地震波, 包括了诸多的复杂波, 它们有着一定的频率, 如果结构的固有频率等同于地震的卓越频率, 那么就会增大结构物的动力反应。因为受到了一些随机因素的影响作用, 就会促使有很大的随机性和离散性存在于不同地震记录得出的反应谱中, 那么就需要将大量地震记录输入进去, 然后统计平均以及光滑这些众多的反应谱曲线, 以此来得到实际应用的规范反应谱。

非确定性方法:结合地面运动统计特征可以有效构建随机振动法, 指的是在结构上作用具有统计性质的地震动, 将结构响应的统计度量提供出来, 它不受任意选择的某一输入运动控制。

三、桥梁抗震设计的方法

一是基础抗震设计:对桥梁基础的刚度和整体性进行强化, 同时对上部荷载进行减轻, 这样就可以降低地震作用带来的不均匀变形程度, 不管是动态的, 还是永久的, 如果桥梁构建的地基可能出现地震液化现象, 就需要采用深基础形式, 保证是在可能液化土层的下部稳定密实的土层内埋置的桩基础, 并且还需要将钢筋合理布设于桩的上部。

二是桥台抗震设计:要结合相关要求来适当强化桥台胸桥, 并且对配筋数量进行适当增加, 为了对地震的冲击力进行缓和, 需要将弹性垫块合理设置于梁与梁之间和梁与桥台胸墙之间。如果采用的小桥基础比较浅, 那么就需要对下部的支撑梁板进行适当强化, 并且结构应该尽量保持四铰框架, 这样在地震时, 墩台也不会出现位移问题。如果因为客观因素的限制作用, 采用的是软体地基, 那么就需要保证桥梁中线正交于河流, 并且对桥长进行适当增加, 这样桥台的稳定性才可以得到保证。要控制桥台的高度, 保证不超过8 m, 如果台位处的路堤高度在8 m以上, 那么桥台的地段就应该具有较为平坦的地形, 并且与主沟槽有着较远的距离, 对它的高度最大限度的降低, 在路堤天房内埋置台身, 将一系列的防护措施设置于台周路堤边坡脚等。

三是桥墩抗震措施:在目前的桥梁抗震设计中, 经常用到的一种方法就是利用桥墩的延性减震, 要采用钢筋混凝土结构的高墩, 空心截面是不错的选择, 可以采用柱式墩和排架桩墩, 另外, 为了提高它的抗弯延性, 还可以将横系梁设置于桩和柱子之间。

四、桥梁减震设计的要点

桥梁下部结构的减震设计方法:在桥台形式上, 可以采用U形或者T形, 不能在那些不稳定的河坡上布置桥台;通过相关的实践经验我们可以得知, 在桥台形式上, 比较优越的是重力式桥台, 相较于柱式桥台具有更好的抗震性能, 并且设计难度不大, 不需要较大的造价成本。在桥墩设置时, 对于斜向土压力应该要或避免;在延性方面, 相较于石砌或者混凝土预制块砌筑的桥墩, 钢筋混凝土桥墩具有更好的延性;此外, 在对上下部结构的联接方式进行选择时, 还需要将桥墩的高度充分纳入考虑范围。

桥梁结构中支座及伸缩缝的减震设计方法:通过大量的实践研究表明, 在桥梁结构整体抗震性能方面, 非常薄弱的一个环节是支座和伸缩缝等连接件, 那么就需要特别重视, 用连续梁来替代以往的简支梁, 这样伸缩缝的用量就可以得到有效的减少。在对伸缩缝进行选择时, 需要充分结合可能出现的地震来考虑它的变形能力, 控制伸缩缝支撑面的宽度, 同时, 还可以对限位器以及剪力键橡胶支座进行合理设置。为了对支座位移以及滑动情况进行限制, 就可以将焊钢板加设于梁底部, 或者是将横向挡块或者纵向挡块设置上去。

桥梁上部结构的减震设计方法:如果桥梁处于高烈度地震区, 那么采用的桥梁结构应该有着较好的整体规则性, 在布置结构的时候, 保证均匀、对称以及规则等特点可以体现在结构的几何尺寸以及质量和刚度中。站在几何线性的角度上来讲, 直线桥梁结构是个不错的选择。如果采用的是多跨简支梁桥, 那么就需要对梁板之间的纵向联系和横向联系进行强化, 避免落梁问题的出现。

五、结语

通过上文的叙述分析我们可以得知, 我国地震容易出现, 如果桥梁的抗震设计不够科学合理, 就会影响到桥梁的安全, 威胁到人们的生命财产安全, 不利于社会的和谐发展;因此, 需要引起相关人员足够的重视。相关人员的工程设计人员需要不断努力, 提高自己的专业技术水平, 总结施工经验, 借鉴西方国家的先进技术, 提高桥梁的抗震设计质量, 保证工程质量和安全。

参考文献

[1]范立础, 王君杰.桥梁抗震设计规范的现状与发展趋势[J].地震工程与工程振动, 2001 (2) .

[2]张丽娟.对当前桥梁抗震设计方法分析[J].城市建设理论研究, 2011 (2) .

钢筋混凝土框架结构抗震设计 篇11

【关键词】钢筋混凝土；框架；抗震性

地震是人类很难预测与预防的自然灾害，而造成地震中伤亡人数巨大的一个重要原因是房屋的抗震性不好。随着建筑行业的发展与科技的进步，高层建筑已经成为了城市的主流建筑，而地震带来的威胁变得尤为突出，地震对人身财产安全造成的危害、后果不堪设想。因此，加强建筑物的抗震设计是我们需要持续努力的方向，尤其是我国城市最多见的钢筋混凝土建筑结构，需要在已有建筑升级改造与新建筑设计上多下功夫。

一、钢筋混凝土房屋的抗震特点

钢筋混凝土高层建筑在力学控制上主要以竖向荷载为主，层数越多，水平荷载对于高层建筑稳定的影响越大。自从我国1976年发生的唐山大地震之后，京津唐地区在对于高层建筑防震设计上引起了足够的重视，并制定与出台了《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规定》。至2002年又出台了《高层建筑混凝土结构技术规程》，相对之前的抗震设计要求规范要提高了很多。

钢筋混凝土建筑层建筑的抗震设计特点：一是由于水平荷载的影响要比竖向荷加得快。地震引起的内力随高度按线性比例增加，水平荷载越往上荷载越大。而由它们所引起的结构内力则与高度的平方成正比。二是任何材料在承受压力时，可以利用材料的强度使其变弯，不可能全部发挥材料承受压力的潜力，构件轴心受力比偏心受力或受弯更为合理，并且建筑层数越多，弯剪内力越大，结构的材料性能越难以充分发挥承重潜力。三是当建筑物高度越高，地震荷载对结构起的作用将愈来愈大。除了结构内力将明显加大外，结构侧向位移速度更快。由此可见，建筑抗震特性与高度有直接的关系，在荷载、弯矩、位移等方面都有明显的影响。

二、钢筋混凝土框架结构抗震设计要实现的目标

1.地震给钢筋混凝土框架结构带来的危害

一是侧向位移使建筑结构产生附加内力，尤其是对竖向构件的影响，当侧向位移增大时，偏心加剧，当产生的附加应力值超过一定数值时，将会引起整幢房屋的倒塌破坏。二是使居住的人们感到恐慌与不适。三是使填充墙等其他结构出现裂缝或损坏，使电梯轨道变形、其他电器元件损坏等等，不但增加了危害的复杂性也增加了建筑后期的不稳定性。

2.现行建筑抗震鉴定标准

建筑抗震鉴定标准是随着结构抗震设计理论与实践的发展而变化的，也是随着建筑设计技术与建造工艺的发展而发展的，在人类和地震灾害不断的作斗争的过程中，不断积累经验教训，因而建筑抗震鉴定标准也有些许改变，在做好建筑抗震设计之前，必须要清楚现行建筑抗震鉴定标准，必须按照标准办事。

现有钢筋混凝土建筑物抗震目标，从既安全又经济的抗震原则出发，世界各国的抗震研究工程师先后提出了较为一致的抗震设防的目标。这就是在多遇的小震作用下，建筑物不应发生破坏，在中等地震作用下允许建筑物发生破坏，其破坏程度应在稍加修理或不需要修理就可继续使用，在罕遇的地震作用下，允许结构发生严重破坏，但应确保主体结构的安全，防止倒塌伤人。我国2001年出台的《建筑抗震设计规范》中“小震、中震和大震”是根据地震灾害的危险性，用概率分析的方法给出，进而给出了新建建筑的抗震标准，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”，其中中震即设防烈度。在《工业与民用建筑抗震鉴定标准》TJ23-1977规定的房屋抗震标准中规定，“设防烈度地震影响下不倒塌伤人或砸坏重要生产设备，经修理后仍可继续使用”。

3.抗震鉴定的方法

目前对建筑抗震鉴定是运用模糊数学与统计学的方法，对要鉴定的建筑根据建筑结构、工艺、用途、建造过程等赋以一定的数值，评估建筑结构的综合抗震能力。通过现行的建筑设计基本抗震原则和思想，重点着眼于建筑结构的抗震理念与设计，对现有建筑结构的总体布置和关键构造进行宏观判断。借助于“抗震概念设计”的要求，采用“抗震概念鉴定”从多个侧面的综合来衡量现有建筑的整体抗震能力，以提高现有建筑的综合抗震可靠性。抗震性的鉴定一般源于工程师的知识、经验甚至直觉。它不同于仅仅按照规范进行抗震鉴定的方式，而是依靠规范以外的思维、分析或计算手段得到的正确判断进行鉴定。

三、钢筋混凝土结构抗震加固设计

1.抗震加固的基本原则

一是在已有的钢筋混凝土建筑的基础上，重点对于城市生命线工程和易造成次生灾害的工程等。加固主要是加强结构整体性和提高抗变形能力，及加强薄弱环节和危险部位，提高抗震加固效果。二是抗震加固与修复的概念不同。抗震加固是在现有建筑在正常使用下达到抗震设防要求，包括构件受损后抗震能力不足的恢复性加固，构件补强性加固，提高结构抗震能力的局部加固或全面加固及改变使用性质后的加固。三是提高综合抗震能力的优化原则。对建筑进行抗震加固，一般选择提高承载力、提高变形能力或既提高承载力又提高变形能力的方法。因此，抗震加固时，要先搞清房屋存在的缺陷，弄清使结构达到规定设防要求，尽可能清除原结构不规则、不合理、局部薄弱层等不利于抗震的因素，还要结合使用功能，施工方法，对环境影响等要求，选择加固方法。

2.抗震加固设计常用的方法

一是增大截面加固法。针对结构构件，对于梁板的加固，要采用截面加固法，用增大混凝土结构或构筑物构件的截面面积，达到提高其承载力的方法。对于梁柱加固，要采用外包钢加固法，即在钢筋混凝土梁、柱四周包以型钢的一种加固方法。对于提高承载力、刚度和抗裂性及加固后所占空间小的混凝土承重结构，采用外加预应力的钢拉杆或撑杆对结构进行加固的方法。

二是碳纤维加固法，碳纤维材料的抗拉强度高于普通钢筋的 10 倍、弹性模量是钢筋的数倍，因此可利用高性能结构胶将碳纤维织物（布）粘贴于构件表面，从而达到对结构构件的加固补强及改善抗震性能的目的。由于碳纤维对混凝土的约束作用，构件受力性能明显得到改善。碳纤维质轻且薄，加固后对原结构构件截面、荷载增加均不大，不影响原有建筑使用功能，因此极适合于钢筋混凝土结构的加固。

三是针对框架结构增设剪力墙的加固方法。增设剪力墙加固方法较为常见，需要利用新增的剪力墙承担主要的地震力，减小结构的变形，降低框架柱的配筋构造要求。结构及构件加固后，各楼层屈服强度和刚度的增长率大大高于可能的地震剪力和地震反应的增长率。可选用的加固方法有外包钢加固法，外部粘钢加固法和外部粘贴碳纤维加固法。

四是间接加固。第一，房屋隔震加固，即把既有建筑物的特定层作为隔震层。隔震层通常放在基础上，但根据需要也可放在建筑的某一特定层，在该层所有的钢筋混凝土框架柱上增设使竖向刚度增大、水平侧向刚度减小的隔震装置。在地震作用下，通过隔震层的相对位移，达到大幅度降低结构加速度谱值的目的。第二，消能减震，即减震加固结构通过抗震评估确认既有建筑某层的层承载力不满足抗震性能目标水准要求时，通过设置耗能减震装置，达到增大结构阻尼、减小层间位移的目的。

目前，对于地震的地点、时间和大小还无法进行准确的预报，地震的复杂性与破坏机理对建筑的抗震要求还很多，不能通过单一的设计原理来确定建筑是否能有效的抗震，且城市的新旧建筑存在形式也很复杂，如何保证地震时建筑的安全性，还需要不断的研究。

参考文献：

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[2]缪志伟，叶列平. 罕遇地震作用下钢筋混凝土框架-剪力墙结构的耗能机制分析[J]. 建筑结构学报. 2013（02）.

桥梁抗震设计的探讨 篇12

1 桥梁破坏的主要形式

1.1 落梁破坏

当桥梁的梁体位移的距离超过了桥梁本身梁端所能支撑的,就会使得桥梁和桥墩之间失去约束力,从而造成了落梁的破坏。

1.2 支座损坏

支座在设计施工的时候就已经规定好了所能荷载的强度,当地震时惯性力通过支座向上传递,如果超过了支座本身的荷载极限就会遭到破坏,甚至还会引起落梁破坏。

1.3 剪切破坏

桥梁受到地震发生时的剪切力突破了自身剪切强度时会发生破坏,具体有这么几个阶段:桥梁的很界面出现裂缝;因为荷载强度的增强,裂缝斜向加深;箍筋开始弯曲,裂缝越来越大;最后导致脆性的剪切破坏。

1.4 弯曲破坏

在地震时,地震荷载的作用力作用在桥梁结构上,使其发生弯曲变形,使得桥梁本身的混凝土层出现脱落的状况。

2 实际案例的分析

2.1 失效的抗震桥梁设计

1999年,土耳其的西部发生了里氏7.2级的地震,造成了超过1 000人死亡,5 000人受伤,地震中心区域的大部分建筑都遭到了严重破坏,包括当时采用了所谓的“先进”隔震和耗能技术的Bolu高架桥。

Boul高架桥1号线的全长达到2.3km,由58吨和59跨双线为构架搭建而成,上部由10跨一联,每联长392.2m的混凝土连续箱梁,支撑在盆式橡胶支座上。桥墩的结构为八角形空心墩,桥上结构为每板11根柱子且大于10跨的钢筋混凝土板,和7个预应力梁。因为其地理位置的重要性,在设计施工的过程中还专门安装了地震隔离系统,模仿美国的AASHTO桥梁抗震设计规范设计。然而AASHTO的要求中,必须允许位移的能力超过单自由度计算位移的3倍,显然Bolu高架桥没有满足这一重要的条件。

2.2 规范案例举例

2.2.1 桥梁工程的概况描述和技术参数

现有一段互通式的道路工程,全长为58.4km,双向行车且为4车道的高速公路,该桥梁连接此公路和密涿高速的连接线、Q匝道桥、县道武榆线和天堂河。桥梁的本身采用现浇预应力混凝土连续箱梁及装备式预应力混凝土连续箱梁。

桥梁上的行车速度设计为120km/h,荷载我公路-Ⅰ级,地震烈度为7度,采用8度的防备措施,地震动峰时的加速度为0.15gal。桥面宽度为42m,桥上护栏为0.5m,行车道为19.5m,间隔带为1m。分布为护栏一行车道一护栏一间隔带一护栏一行车道一护栏,桥面纵坡范围是1.4%,结构安全等级为一级。

2.2.2 桥梁的抗震结构

通过对支座隔震参数进行设计和计算,使得每个桥墩在纵向和横向在地震时所承受的压力均匀分布,在最大峰值减小的时候,有效地减缓了桥梁在地震时的受力状况,确保桥梁整体结构的完整以及各等级地震下防护性能的完美展现,取得满意的抗震效果。

在将3道横隔板安放在预制箱梁中,从《公路桥梁抗震设计细则》中,对桥梁主筋箍筋进行强化,尤其是柱顶和柱底的塑性区段,并在高度大于7m的桥墩处安装横系梁。在墩台安装横桥方向的挡块,预制箱梁跨连续墩支座间设有防震锚栓,在桥梁墩,以及各个可能触发碰撞的位置都设有安全橡胶块用来缓冲。支座采用HDR(Ⅱ)型的高阻尼隔震橡胶支座,其中的材料和力学设计符合国家标准GB/T的规定。

这样就是计较完整且具有很高安全系数的桥梁防震的设计。

3 桥梁在抗震设计中出现的问题

抗震结构概念是否合理。一个抗震结构的形成需要考虑桥梁材料的强度、细部构造等问题,在进行抗震概念设计时,参与其中的人员都需要严格的执行每一项硬性的规定,并不断挑选最优的抗震结构体系。

通过对地震响应的分析适时改变设计的方法。伴随着如今科学技术不断地完善,专家学者们对于地震的研究也越来越全面,所以在把握最新的地震方面咨询的同时也要时刻有意识地融入到桥梁防震的设计中。

分配出多个不同阶段的防震设计方法。在不同的阶段针对不同的目标来进行相应的逐个击破,让桥梁的最终设计可以达到自己力所能及的完美程度。

4 结语

综上所述,该文对地震时桥梁的破坏形式以及一些诶例子和设计中的一些问题进行了分析探讨,只有不断去完善,桥梁的防震设计才能使人们在突发的地震中得到安全的保障,也对桥梁事业的发展注入蓬勃的生机。

摘要：该文首先就桥梁受地震破坏的主要形式做分析,然后通过实际的案例对桥梁的抗震设计展开深入探讨,最后总结一些在设计中要注意及避免的同题,从而进一步分析当前桥果抗震的设计方法,也为今后的桥梁在抗震方面做出参考意见。

关键词：桥梁,地震,探究

参考文献

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