市政桥梁抗震设计问题研究刘志杰

市政桥梁抗震设计问题研究刘志杰

武汉市政工程设计研究院有限责任公司湖北武汉430070

摘要:近年来,我国在桥梁建设方面取得了很大的进步,但是因为国内不少地方发生地震的概率低,结构防震设计经验不多,因此国内在市政桥梁防震设计方面还存在一定欠缺,文章分析了市政桥梁震害的因素,研究设计市政桥梁的基本原则和理念,并且提出了几种合理的解决措施。

关键词:市政桥梁;防震设计;探究

1市政桥梁的震害分析

第一,梁式桥在地震中出现上部结构的直接破坏并不多见,一般多是由于非连续墩处盖梁宽度不足,在地震发生时容易出现梁体碰撞甚至落梁的现象。拱桥在地震力下的常出现的是拱土和腹拱结构的破坏,拱顶和拱圏的拱角位置会形成裂缝,甚至发生严重变形。第二,地震发生以后会液化桥梁地基土,造成桥梁基础变形,同时地表也会出现一定的位移,对桥梁结构整体稳定性造成影响,增加桥梁落梁出现的概率。第三,设计桥梁抗震结构的时候经常忽略支座设计的抗震性,因为支座没有足够的抗震性能,以至于在地震力的作用下,支座发生破坏,严重时会影响梁上部结构稳定性,进而影响桥梁的很其他部位的安全。第四,地震对桥梁下部结构的破坏。如果桥梁下部结构抗震性能设计不足,地震发生以后下部结构出现裂缝,若桥梁下部结构裂缝宽度超过限值,甚至出现塑料破坏,会影响桥梁整体安全。第五,软土地基桥梁受到地震影响会降低桥梁质量,同时也会引发桥梁地基的移动,属于一种危害性最大的桥梁震害。

2市政桥梁抗震设计要点

2.1市政桥梁抗震设计原则

要更好地进行市政桥梁抗震设计,首先必须要把握市政桥梁抗震设计的基本原则,在此基础之上再采取合理的措施进行桥梁设计。而从抗震的角度出发,要想保证桥梁结构的抗震性能,首先桥梁结构必须要具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径;其次,桥梁结构还必须要有合理的刚度以及承载力分布,只有刚度和承载力的分布合理,才能够有效地避免因为局部削弱或者是突变导致桥梁薄弱部位出现病害;最后,桥梁还必须要具有良好的承载力、变形能力以及耗能能力。只有严格按照这几个要求来进行桥梁抗震设计,才能够更好地保证桥梁的抗震性能。

2.2桥梁防震设计的原理

从古至今,桥梁防震设计都是十分重要的。古代设计桥梁结构的时候就能够充分研究自然灾害的影响,设计出很多千年不倒的桥梁。国内设计市政桥梁的主要理论就是西方工程学,相比较古代桥梁结构来说,现代桥梁架构存在很大差异,但是具备相似的性质,都包含地质学科、工程力学的理论。桥梁结构防震设计主要包括两方面———隔震和防震。防震实际上是依据提高桥梁结构总体强度来确保桥梁设计的抗震能力,隔震实际上就是提高设计的针对性,提升桥梁结构主要部位和构件性能,科学的使用阻尼来对桥梁结构设计,以便于降低关联损坏和提升桥梁结构抗震能力。

2.3桥梁减隔震技术

减隔震技术是桥梁设计过程中常用的一种抗震设计手段,其原理就是将破坏桥梁结构的地面运动与结构分离开,这既是隔震的本质同时也是隔震的目的,而为了实现这一目的,常常采用的方式包括将结构周期延长和降低地震对结构的破坏力,如果采用延长结构周期的方式,就会使得结构位移有所增加,此时设计的难度往往就会有所提升,而且如果结构较为柔软,即使是在正常的使用情况下,在受到荷载作用时结构也会发生有害震动,为了使得结构的有害振动得以有效地降低,同时将结构的变形也降到最低,可以采取增加结构阻尼的方式,通过这种方式来吸收一部分地震能量,进而使得地震的结构反应能够得到有效地降低。

减隔震技术可以分为地基隔震方法和基础隔震,其中地基隔震方法又可以分为绝缘和屏蔽两种,绝缘所指的是对于地基自身的输入波加以降低,而降低的方法主要包括采用高刚性基础、软弱地基以及利用地基逸散衰减的方法,而屏蔽则是通过在建筑物的周围埋设屏蔽板,或者是在建筑物周围挖深沟,都可以有效地进行屏蔽。基础隔震指的是通过在基础结构和上部结构之间设置隔震装置来达到隔震的目的的一种方法,基础隔震主要可以分为能量吸收、周期延长以及绝缘等方式,所谓的能量吸收指的是通过隔震装置的安装来对于地震所产生的能量加以吸收,从而有效地避免桥梁结构在地震发生时出现较大的变形,而周期延长法则是指的通过对于特定装置的利用来使得整体结构体系的周期得以加长,从而起到隔震的作用。

并不是所有的市政桥梁都适合通过减隔震技术来进行抗震设计,也不是在所有的情况下都适合采用减隔震技术,在运用减隔震技术时,如果场地较为软弱或者是在延长了桥梁结构的周期之后,桥梁结构十分容易出现共振的情况,此时就不适合采用隔震技术。因此在对于减隔震技术加以应用之前,必须要对于桥梁进行判断。

2.4加固技术

目前市政桥梁设计的主要结构形式为钢筋混凝土,桥梁受到偶然荷载、自然条件等的影响,经常会出现性能裂化,以至于传统的防震设计已经逐渐不能满足实际需求,影响结构域的抗震性能。但是如果想要拆除或重建市政桥梁会造成很大浪费,因此,根据桥梁的安全等级和在路网中的重要性,必要时可在设计过程中预留一定的安全储备。

当桥梁出现可修复的地震病害时,可采用柱间浇筑填充墙加固技术、外包钢加固技术、加大截面法加固技术、纤维材料加固技术等现阶段常用的技术对桥梁进行维修加固。

2.5基于性能的抗震设计方法

目前基于性能的抗震设计方法是桥梁设计中常用的一种方法,在进行桥梁抗震设计的过程中,该方法对基于性能抗震设计的目标性能进行了明确,其先定义了一组合适的桥梁结构的抗震性能水平,性能水平就是指的一种有限的破坏状态,其涉及到结构构件和非结构构件的破坏因素,比如说“一般不损坏、不需修复可继续使用和不致倒塌”等都属于性能水平。其次,该方法还定义了一组参照的地震风险和相应的设计水平,美国从功能和破坏程度两个方面对于桥梁结构在两级设计地震水平下的性能准则进行了相应的规定。再次,此方法还确定了桥梁结构抗震设计的目标性能,所谓的目标性能就是指的在一定超越概率的地震发生时,结构期望的最大破坏程度,在《公路桥梁抗震设计细则》中,对于公路桥梁的目标性能进行了规定。此外,该方法还实现了目标性能的等级化,从而能够针对不同的人群来对目标性能进行表述。最后还通过目标性能矩阵来计划赋予结构的要求性能。

2.6分析桥梁易损性

市政桥梁设计过程中分析桥梁易损性是主要内容,实际上就是说在一定地面运动参数地震模型的情况下来研究构件的损失概率。地震模型参数有地面持续运动的时间、地震运动加强速度峰值等,上述信息数据就需要具备能够支持监测地震的设备。结构损伤程度包括5个等级,分别为无、轻微、中等、严重、完全。分析地震易损性的过程中主要有3个步骤,即绘制易损性曲、分析结构地震反应、评价构件实验数据损伤程度。上述系统步骤中都需要科学、系统的理论和数据信息。

结语:

桥梁是一个非常重要的基础设施,当前为了满足社会发展的需求,必须要对于桥梁设计引起足够的重视,而抗震设计又是桥梁设计的一个重要内容,采取合理地方法来进行桥梁抗震设计,更加有助于提高桥梁的稳定性和安全性,从而有效地延长桥梁的使用寿命,提高桥梁抵御自然灾害的能力。

参考文献:

[1]刘伟伟,张万开,唐敏付.现代城市桥梁抗震设计的若干问题[J].科技传播,2012,02:36.

[2]姜群.现代城市桥梁抗震设计的若干问题[J].中国建设信息,2012,11:82+84.

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