市政橋梁抗震設計初探

1、l建筑設計lCONSTRUCTION市政橋梁抗震設計初探吳軍民泰州市市政工程養(yǎng)護管理處江蘇泰州225300摘要：本文作者結合汶川大地震實例。分析了地震對市政橋梁造成的各種破壞與損失，探討了簡支粱橋和連續(xù)梁橋防震抗震的設計方案和措施，指出了在市政橋梁抗震設計中應注意的問題，最后提出了強化市政橋粱抗震設計的建議。關鍵詞：市政市政橋梁；抗震設計；簡支梁橋；連續(xù)粱橋；減隔震設計前言我國是世界上的地震多發(fā)地帶。2008年5月12日14時28分04

2、秒，四川汶川發(fā)生了中華人民共和國自建國以來影響最大的一次地震，其所造成的損失巨大。位于震中的縣城附近的道路基礎設施受到嚴重破壞，市政橋梁破壞尤為嚴重，其市政橋梁結構主要為簡支梁橋(含先簡支后橋面連續(xù))、連續(xù)梁橋和拱橋。本文作者綜合現(xiàn)場情況，主要對簡支梁橋和連續(xù)梁橋震害類型及抗震設計做簡要分析。1落梁破壞11市政橋梁結構特點市政橋梁采用板式橡膠支座，梁體直接擱置在支座上。在汶川地震中。百花大橋第5聯(lián)即5m一20m連續(xù)梁整體傾覆、落梁，完全

3、破壞。12震害原因(1)支承連接部件失效，固定支座強度不足，活動支座位移量不夠，橡膠支座梁底與支座底發(fā)生滑動，在地震力作用下支座破壞，致使梁體發(fā)生位移導致落梁。(2)墩臺支承寬度不能滿足防震要求。防落梁措施設計不合理，在地震力作用下，梁、墩臺間出現(xiàn)較大相對位移，導致落粱。(3)伸縮縫和擋塊強度不足，在地震力作用下，伸縮縫遭到碰撞破壞和擠壓破壞，擋塊剪切也遭到破壞，使其起不到應有的作用。導致落梁。13抗震設計有效措施(1)采用板式橡膠支座

4、的市政橋梁，如果蓋梁擋塊在地震中遭破壞，其可以有效減少下部結構所受地震力，但對于這種類型的市政橋梁，抗震設計的關鍵是怎樣采用合理的粱體限位裝置，設置足夠的梁墩合理搭接長度，使梁體位移控制在不發(fā)生落梁的范圍內，同時又不增加墩柱地震力。(2)在高烈度地震區(qū)，盡可能地采用整體性和規(guī)則性較好的市政橋梁結構體系，結構的幾何尺寸、質量和剛度力求均勻、對稱、規(guī)則，避免突變的出現(xiàn)；從幾何線性上看，盡量選用直線市政橋梁。(3)選擇合理的連接形式對市政橋梁

5、抗震性能十分重要。對于高墩市政橋梁，建議采用上部結構與下部結構有選擇性的剛性連接(固結方式)；對于矮墩市政橋梁，上部結構和下部結構連接建議采用支座連接方式，并合理設置梁墩的搭接長度。2墩柱的破壞21破壞形式此類破壞多發(fā)生在墩柱塑性鉸處、墩柱與蓋梁連接處及墩柱與系梁連接處，在地震力作用下橋墩縱向受力筋被剪斷，直接導致市政橋梁傾覆。22震害原因(1)墩柱延性不足(抗彎破壞)，橫向約束箍筋配置不足；構造缺陷：橫向約束箍筋間距過大，搭接失效縱筋

6、過早切斷，錨固長度不足，箍筋端部沒有彎鉤等。(2)抗剪強度不足(剪切破壞)，即橫向箍筋配置不足。23延性抗震設計(1)結構延性定義，即結構從屈服到破壞的后期變形能力，是結構能量耗散能力的主要度量。(2)延性抗震設計的分類：上部、基礎彈性，墩柱延性設計；墩柱、基礎彈性，上部結構延性(鋼橋)；墩柱、基礎、下部結構彈性，支座彈縮性—減隔震設計。(3)墩柱結構構造措施。墩柱潛在塑性鉸區(qū)域內加密箍筋的配置：其一，加密區(qū)的長度為彎曲方向截面寬度的l

7、倍，超過最大彎矩80％的范圍；其二，加密箍筋的最大間距為10cm；其三，箍筋的直徑不應小于lOmm；其四，螺旋式箍筋的接頭必須采用對接，矩形箍筋應有1350的彎鉤，并深入核心混凝土之內6cm以上；其五，加密氏箍筋肢距為25cm；其六，墩柱的縱筋應盡可能延伸至蓋梁或承臺的另一側面塑性鉸加密區(qū)域的箍筋應該延續(xù)到蓋梁和承臺內，延伸到蓋梁和承臺的距離不應小于墩柱長邊尺寸的l／2，并且不小于50cm。3基礎和樁身破壞31破壞形式及震害原因橋位通過

8、地震斷裂破碎帶，地震力作用下基礎出現(xiàn)移位、沉降；橋位位于液化砂土地質中，基礎出現(xiàn)不均勻沉降。32抗震設計有效措施基礎應盡可能建在巖石或堅硬沖積土上，軟土和砂土易于放大結構的位移影響，且軟土有震陷、飽和砂土有液化等地質地震災害。4減隔震設計(1)地震力的作用是巨大的，我們在市政橋梁抗震設計中一般會采用兩種途徑去減輕市政橋梁震害：傳統(tǒng)抗震設計和減隔震設計。傳統(tǒng)抗震設計是增大構件斷面及配筋，致使結構剛度增大，達到減輕震害的目的；而減隔震設計是

9、采用柔性支承延長結構周期，減小結構地震反應；采用阻尼器裝置耗散能量，限制結構位移，保證結構在正常使用荷載作用下具有足夠的剛度。(2)減隔震技術隨著科技的發(fā)展以及新材料的應用，越來越多地被應用在市政橋梁抗震設計中，但它只適用于以下條件：上部結構連續(xù)，下部結構剛度較大，結構基本振動周期比較短；市政橋梁下部結構高度變化不規(guī)則，剛度分配不均勻；場地條件比較好，預期地面運動特性具有較高的卓越頻率。在此注意，支座中出現(xiàn)負反力的情況下則不宜采用減隔震

10、設計。(3)減隔震裝置經常采用如下幾種：整體型減隔震裝置包括鉛芯橡膠支座、高阻尼橡膠支座、摩擦擺隔震支座；分離型減隔震裝置萬方數(shù)據(jù)包括橡膠支座金屬阻尼器、橡膠支座黏性材料阻尼器、橡膠支座摩擦阻尼器。5市政橋梁抗震設計注意事項(1)盡量將橋軸線設計成直線，曲線橋使結構地震反應復雜化；盡可能使橋臺和橋墩與軸線垂直，斜交會引起轉動響應而增大位移。(2)沿縱、橫橋向的橋墩剛度盡可能一致，如剛度變化太大，地震時剛性大的橋墩易產生破壞。(3)塑性鉸

11、不應設計在蓋梁、主梁、水中或地下的樁頂處，設計在墩柱上易于觀察與修復。(4)材料和結構形式的選擇應遵循如下的原則：質輕高強，變形能力大，強度和剛度衰減小，結構整體性好。單從材料的抗震性能優(yōu)劣來劃分依次為：鋼結構，鋼砼組合結構，木結構，現(xiàn)澆鋼筋砼，預制鋼筋砼，預應力砼，砌體。(5)設置多道抗震防線，盡可能用超靜定結構，少采用靜定結構。(6)防止脆性與失穩(wěn)破壞。增加結構延性。常見的脆性破壞包括磚、石、素砼的開裂和鋼筋砼的剪切破壞；常見的失穩(wěn)

12、破壞包括斜撐和柱的失穩(wěn)以及柱中縱向鋼筋在箍筋不足時的壓屈。6市政橋梁抗震設計的建議第一，由于地震的不確定性，導致市政橋梁結構抗震計算的失真。地震運動是由震源—傳播介質體—場地地質體等一系列的變化因素綜合形成，它是極為復雜的和不確定的模糊事件。市政橋梁結構的抗震計算嚴格來說是近似仿真計算，與實際的震害有一定的差距?？拐鹩嬎闩c抗震概念設計、結構體系的選擇、抗震構造設計相比較，后三者更顯重要。第二，應盡量采用連續(xù)的橋跨代替簡支梁，進而減少伸縮

13、縫的數(shù)量，降低在此落粱的可能性。同時也提高了橋上行車的舒適性。第三，對常規(guī)的簡支市政橋梁結構應加強橋面的連續(xù)構造以及提供足夠的寬度，以防止主梁發(fā)生位移落梁；另外還應適當?shù)丶訉挾张_頂蓋梁及支座的寬度，并增設防止位移的隔擋裝置。第四，市政橋梁位置應選在良好和穩(wěn)定的河段，如果必須在穩(wěn)定性差的軟弱場地的河段通過，應盡量采用市政橋梁中線與河流正交，注意在河槽與河灘分界的地形突變處盡量避免設墩，否則應予以加強措施。以減免滑移。第五。對采用橡膠支座而

14、無固定支座的橋跨，應加設防移角鋼或設擋軌，作為支座的抗震設計。第六。市政橋梁結構以采用跨度相等、下部墩身剛度大致相等為宜。第七，否則軟土的液化會加大地震反應。第八，橋跨宜短而不宜太長，大跨度意味著墩柱承受的軸向力過大，從而降低墩柱的延性能力。第九，墩柱設計中應盡可能地使用螺旋形箍筋，以便為墩柱提供足夠的約束。另外墩身及基礎的縱向鋼筋伸入蓋梁和承臺應有一定的錨固長，以增強連接點的延性。第十，對于較高的排架橋墩，墩間應增設橫系梁，以減少墩柱

15、的橫向位移和設計彎矩。第十一，重視市政橋梁的減隔震設計，采用新技術、新材料，實現(xiàn)市政橋梁的抗震設計，比如減隔震支座，即雙曲面(球面)支座、鉛芯橡膠支座、阻尼器等。7結語市政橋梁結構有效的抗震措施還有許多，因此我們在市政橋梁設計過程中須認真分析和了解結構的地震反應和特性，精心設計并采取一系列有效的抗震措施。市政橋梁抗震設計是一項系統(tǒng)工程。體現(xiàn)在設計的各個階段，需要認真對待。_●(上接9327頁)以提高塑性鉸區(qū)域的轉動能力，規(guī)范限制軸壓比與

16、縱筋最大配筋率，同時對混凝土受壓區(qū)高度也提出相應要求。23加密塑性鉸區(qū)內的箍筋間距是很重要的一點，為保證強節(jié)點、強柱弱梁、強底層柱底和強剪弱彎的設計原則及塑性鉸區(qū)域的局部延性，有必要加密塑性鉸區(qū)內的箍筋間距，這不但可提高柱端抗剪能力，還可約束核心區(qū)內混凝土，對縱向鋼筋提供側向支承，防止大變形下縱筋壓曲，從而改善塑性鉸區(qū)域的局部延性。規(guī)范對約束區(qū)縱筋的最小直徑、最大問距、塑性鉸區(qū)域的最小長度等做出了詳細的規(guī)定，并對箍筋肢距及箍筋形式提出了

17、相應要求。隨著T程應用中箍筋強度和混凝土強度不斷提高，對塑性鉸區(qū)域內箍筋布置的要求是抗震構造措施的一個重要方面，這一情況將導致高強度混凝土中約束箍筋配筋率的減少而降低結構的設計可靠度，建議以配筋特征值代替原體積配筋率，同時鑒于約束配筋對柱端塑性鉸區(qū)的良好約束作用，建議適當增大配筋量?？偨Y：鋼筋混凝土框架結構是我國城市建設中大量存在的建筑結構形式之一。通過對往年的地震災害損失數(shù)據(jù)研究表睨：鋼筋混凝土框架結構的節(jié)點與柱端的破壞較為嚴重，所以

18、在這些結構的抗震設計中必須滿足強剪弱彎、強柱弱梁、強節(jié)點、強底層柱底等延性設計原則。在鋼筋混凝土建筑抗震設計的實踐中。由于地Ⅸ的不同和設計人員對規(guī)范的理解和掌握尺度的不同，造成建筑的結構布置以及計算方法上相互差異較多，在設計上也會產生較多的爭議，因此抗震設計方法還需要深入研究。參考文獻：f1】李鴻晶，宗德玲關于工程結構抗震設防標準的幾個問題的討論陰防災減災工程學報，2003【2】宋天齊關于8度區(qū)多層磚房最多層數(shù)的商榷陰工程抗震，1998