淺談橋梁結(jié)構(gòu)的震害及抗震設(shè)計方法

【摘要】在橋梁的抗震減災(zāi)設(shè)計中，通過加強橋梁施工、控制技術(shù)與橋梁抗震加固新技術(shù)。介紹了橋梁結(jié)構(gòu)的震害特點，根據(jù)抗震設(shè)防目標闡述了抗震設(shè)計理論，可有效減輕橋梁因地震而造成的損害，為相關(guān)技術(shù)人員提供了參考。

【關(guān)鍵詞】橋梁結(jié)構(gòu);震害;抗震設(shè)計

【中圖號】U442.5【文獻標示碼】A【文章編號】1005-1074(2009)03-0076-01

1橋梁的震害原因與分析

1．1橋梁的震害及特征對國內(nèi)外震害的調(diào)查表明，在過去的地震中．有許多橋梁遭受了不同程度的破壞，其主要震害有以下幾點。

1.1.1橋臺震害橋臺的震害主要表現(xiàn)為橋臺與路基一起向河心滑移．導(dǎo)致樁柱式橋臺的樁柱傾斜、折斷和開裂：重力式橋臺胸墻開裂．臺體移動、下沉和轉(zhuǎn)動；橋頭引道沉降，翼墻損壞、開裂．施工縫錯工、開裂以及因與主梁相撞而損壞。橋臺的滑移與傾斜會進一步使主梁受壓破壞．甚至使主梁坍毀。

1.1.2橋墩震害橋墩震害主要表現(xiàn)為橋墩沉降、傾斜、移位，墩身開裂、剪斷，受壓緣混凝土崩潰．鋼筋裸露屈曲，橋墩與基礎(chǔ)連接處開裂、折斷等。

1.1.3支座震害在地震力的作用下．由于支座設(shè)計沒有充分考慮抗震的要求．構(gòu)造上連接與支擋等構(gòu)造措施不足．或由于某些支座型式和材料上的缺陷等因素．導(dǎo)致了支座發(fā)生過大的位移和變形．從而造成如支座錨固螺栓拔出、剪斷、活動支座脫落及支座本身構(gòu)造上的破壞等，并由此導(dǎo)致結(jié)構(gòu)力傳遞形式的變化，進而對結(jié)構(gòu)的其他部位產(chǎn)生不利的影響。

1.1.4梁的震害橋梁最嚴重的震害現(xiàn)象是主梁墜落。落梁主要是由于橋臺、橋墩傾斜、倒塌，支座破壞．梁體碰撞，相鄰墩間發(fā)生過大相對位移等引起的。

1.1.5地基與基礎(chǔ)震害地基與基礎(chǔ)的嚴重破壞是導(dǎo)致橋梁倒塌，并在震后難以修復(fù)使用的重要原因。地基破壞主要表現(xiàn)為砂土液化、地基失效、基礎(chǔ)沉降和不均勻沉降破壞及由于上承載力和穩(wěn)定性不夠，導(dǎo)致地面產(chǎn)生大

變形，地層發(fā)生水平滑移、下沉、斷裂。基礎(chǔ)的破壞與地基的破壞緊密相關(guān)，幾乎所有地基的破壞都會是基礎(chǔ)的破壞，主要表現(xiàn)為移位、傾斜、下沉、折斷和屈曲失穩(wěn)。

另外橋梁結(jié)構(gòu)的震害還表現(xiàn)在如結(jié)構(gòu)構(gòu)造及連接不當所造成的破壞、橋臺臺后填土位移過大造成的橋臺沉降或斜度過大而造成墩臺承受過大的扭矩引起的破壞現(xiàn)象等。

1．2橋梁震害原因分析橋梁的震害．往往是多種因素綜合作用的結(jié)果，主要有以下幾方面：①橋臺或橋墩失穩(wěn)造成的破壞;②砂上液化、地基失效造成的破壞;③地震作用力產(chǎn)生的破壞;

④橋梁結(jié)構(gòu)的造型、構(gòu)造或連接措施不當而產(chǎn)生的破壞。

2橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計方法

橋梁抗震設(shè)計方法常用的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法有靜力法、反應(yīng)譜法和動力分析法。

2.1靜力分析法靜力分析起源于日本，是國際上最早形成的抗震分析理論。20世紀初，日本學者提出水平最大加速度是造成地震破壞的重要因素，并提出按等效靜力分析求地震效應(yīng)的方法。將結(jié)構(gòu)看作剛體，不考慮變形對結(jié)構(gòu)的影響，也不考慮地震作用隨時間的變化及其與結(jié)構(gòu)動力特性的關(guān)系，結(jié)構(gòu)各質(zhì)點的水平地震作用最大值為該質(zhì)點與地面運動加速度的乘積。近年來，廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)靜力彈塑性分析或稱Pushover分析也是一種靜力分析法

2.2反應(yīng)譜分析法反應(yīng)譜分析建立在強震觀測基礎(chǔ)上，由美國學者M·A·Biot在20世紀40年代提出，到50年代初由Housner實現(xiàn)。將實測地震波代入單自由度動力反應(yīng)方程，計算出各自最大彈性地震反應(yīng)，從而得出結(jié)構(gòu)最大地震反應(yīng)與結(jié)構(gòu)自振周期的關(guān)系曲線。由反應(yīng)譜可計算最大地震作用，再按靜力法計算地震反應(yīng)。反應(yīng)譜分析雖然考慮了結(jié)構(gòu)的動力特性，但在分析中仍把地震慣性力看作靜力，因此只能稱為準動力分析。反應(yīng)譜理論與結(jié)構(gòu)振型分解法結(jié)合，建立了振型分解反應(yīng)譜法，從而解決了復(fù)雜多自由度體系地震反應(yīng)分析的問題。

2.3動力分析法動力分析法起源于2O世紀60年代計算機技術(shù)的應(yīng)用，是使地震波輸入地震反應(yīng)方程直接進行逐步積分求解成為可能而發(fā)展起來的分析方法。動力分析法包括確定性的動力時程分析法和非確定性的隨機振動分析法，往后進一步發(fā)展提出了波動分析法。

2.3.1時程分析法是對結(jié)構(gòu)運動微分方程直接逐步積分求解，得到各質(zhì)點隨時間變化的位移、速度和加速度的反應(yīng)，并進而可計算出構(gòu)件內(nèi)力的時程變化關(guān)系。用全增量形式表示的運動微分方程為：[M]{A}+[C]{A}+[K]{以}=一[MI]{ }。時程分析法求解地震反應(yīng)的關(guān)鍵是確定結(jié)構(gòu)振動分析模型和合適的恢復(fù)力曲線；選擇合適的地震波和增量方程的數(shù)值解法。時程分析法能較好地反映結(jié)構(gòu)動力效應(yīng)的全過程，識別結(jié)構(gòu)抗震的薄弱環(huán)節(jié)，估計結(jié)構(gòu)的變形或能量反應(yīng)。但是時程分析法由于計算復(fù)雜且耗費時間太多，還不能普遍應(yīng)用于一般的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2.3.2隨機振動分析法地震反應(yīng)分析發(fā)展的前期階段基本上都是屬于確定性的反應(yīng)分析，然而地震實際上是取決于許多因素的隨機過程，從而使得結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)也是隨機過程。據(jù)此，人們提出了結(jié)構(gòu)體系振動的隨機反應(yīng)分析方法。將地震作用看成隨機過程是1947年Housner提出的，經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，國內(nèi)外學者已在地震輸入的隨機模型、地震隨機反應(yīng)分析方法等方面取得了豐碩成果。

橋梁的抗震減災(zāi)是一門涉及多學科多領(lǐng)域的科學．目前我國對這方面的研究還很少．特別是對橋梁抗震新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)的研究和應(yīng)用遠遠落后于國外。根據(jù)我國目前的現(xiàn)狀．建議加強橋梁施工、控制技術(shù)與橋梁抗震加固新技術(shù)的研究。

參考文獻

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[2]胡聿賢．地震工程學[M]．北京：地震出版社，1988．