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摘要:随着近几年的不断建设中路桥设道路计积累了丰富的经验,道路建设中桥梁是与人们的生活密不可分的,在城市建设中,桥梁不仅仅是交通系统中的重要组成部分,也是城市化进程中的标志性建筑。为了保证道路桥梁设施的完好,发挥其在抗震救灾中的作用,需对道路桥梁抗震设计进行深入的研究。本文首先从道路桥梁的主要震害形式出发,针对测试道路和桥梁的抗震性方法和道路桥梁设计阶段的抗震性措施进行分析,并对后期的修复加固进行探讨。
关键词:道路桥梁;抗震;设计
中图分类号:S611文献标识码: A
引言
近年来,在我国乃至世界地震灾害频频发生,道路桥梁等交通工程在地震中遭到严重的破坏,为了在灾害中减轻道路桥梁的损害程度,有必要增强道路桥梁的抗震能力,加强道路桥梁工程抗震的研究。因此,在道路桥梁的设计与施工当中,做好抗震设计工作,开展道路桥梁的抗震设计理论研究和试验,做好抗震强度和稳定的设计工作,满足抗震要求。
一、道路桥梁的主要震害形式
1、基础震害道路
基础的破坏与地基的破坏紧密相关,地基破坏一般都会导致基础的破坏。地基破坏主要是指地震作用下因砂土液化、不均匀沉降及稳定性不够等因素导致的地层水平滑移、下沉、断裂。基础的震害主要表现为移位、倾斜、下沉、折断和塑性铰破坏。
2、附属工程震害道路
在地震力的作用下,主梁与下部墩柱、桥台连接部较为薄弱,若附属工程没有足够的限位能力将出现震害。主要表现为支座脱离主梁、挡块碰撞破坏、伸缩缝拉断、台胸墙剪断等震害。
3、上部结构震害道路
道路桥梁上部结构震害按照产生的原因不同,可以分为结构震害和位移震害。其中较常见的是位移震害。道路桥梁位移震害主要表现为上部结构的纵向位移、横向位移以及扭转[1]。一般来说,设置伸缩缝的地方比较容易发生位移震害。如果上部结构的位移超过了墩、台等的支撑面,则会发生更为严重的落梁震害。落梁的原因一般是因为限位构造失效、墩台支承宽度不足造成,在地震力作用下,梁、墩台间出现较大相对位移,导致落梁现象的发生。
4、墩柱震害道路
墩柱的震害主要表现出两种特征:塑性铰破坏和剪切破坏。柔桥墩柱在地震力作用下,墩柱底部、顶部和墩柱与系梁连接处容易出現塑性铰,塑性铰混凝土在反复地震作用下剥落、破碎,失去承载能力。刚性墩在地震作用下,变形能力小,主要以强度抵抗地震力,当地震力超越其承载强度时,出现剪切破坏。
二、测试道路和桥梁的抗震性方法
1、静力理论
静力理论是最初为了研究桥梁结构的抗震性而采取的理论方法。此理论主要是对地震的震动频率和桥梁结构的各部分相同的假设,通过对影响桥梁结构的动力特性和地面运用的特性的因素进行忽略不计,然后将桥梁结构运动所形成的惯性力乘以地面运用的加速度。当由于地震使得结构产生的动力将其当做是静止的,将地震荷载看做是地震的惯性力,然后分析在结构上通过这种外载荷的方式而产生的内力。1915年提出了震度法。这种方法中增添了水平地震荷载,这种因素是将结构10%的重量增加在静力法原有的概念上。但是静力法更具备简单的概念和简洁的计算公式。所以在我国相关的法律文件中提出通过静力法来计算地震荷载来分析挡土墙和路基的抗震能力和稳固性[2]。
2、时程分析法
时程分析法在我国被广泛应用在设计和分析复杂工程结构的抗震性。这种方法分析和设计工程的抗震性都是通过对地震地面运动和速度数值的实际记录来进行的。时程分析法不仅能够对地震震动的时间、振幅和频率有效地反映出来,而且还能够对结构的弹塑性得到充分的考虑。
三、道路桥梁设计阶段的抗震性措施
1、不同结构的抗震措施道路
桥梁的抗震需要考虑到不同部位的抗震,分别采取不同的措施,基础抗震措施、桥台抗震措施和桥墩抗震措施是目前有关桥梁结构比较有效的抗震措施。基础抗震主要是为了避免地震造成桥梁的滑动和长期的不规则变形。所以对桥梁的基础部位的刚性和整体性进行加强使之上部荷载得到降低。当桥位处于地震液化可能够发生的场地时,为了能够对可能液化的土层增加一定的深基,通过使桩或沉井进行密实稳固土层,同时将一些钢筋稳固在桩的上部,注意和地面的距离保持在1~3m内。桥台抗震措施主要是为了实现对地震冲击力的缓和,在桥台增加胸墙,并且将弹性垫块布设在桥台和梁之间。对于有些基础比较浅的桥梁和通道需要对其下不得支撑梁部进行加强。为了能够对在地震时发生的桥墩滑动的现象进行防范,桥梁结构需要采用四铰框架。桥墩抗震有效措施主要是通过对桥墩的加强进行缓和地震的强度。高墩通常是运用钢筋混凝土结构,可以对桥墩的桩、柱的直径进行合理的加大,另外也能够运用双排的柱式墩和排架桩墩,通过架设横梁在柱和桩之间,从而对桥墩的抗震强度和抗变形性进行加强[3]。
2、桥梁整体设计应注意的方面道路
在设计道路桥梁的时候,首先需要考虑的就是如何选择桥位。地质坚硬的场地比较适合桥位的理想选择,比如说场地的地基都是坚硬的碎石或基岩等。像不稳定的坡地、松软的粘土地基、人工填土、松散的细砂地等这些都属于非理想选择,因为这些松软的场所可能够会因为发生地震导致地基坍塌的风险,所以要避开这些场所。另外当遇到跨越断层等一些特别的情况时首先要需要进行地震安全性评价然后选择是否适合所选择的桥梁形式。第二个需要注意的就是如何选择桥型。桥梁的基础形式、墩台和合适的桥梁形式的选择需要注意场所的地势、地质条件和桥梁的规模。另外还需要考虑到今后方便对桥梁进行修复加固,因此桥梁的结构体系需要选择那种经济合理而且技术先进的。在抗震方面可以选择减震的新结构,比如说钢筋混凝土结构。最后还需要考虑到如何布置桥孔。这方面需要注意布局的抗震性,桥梁的形式可以选择那些方便施工、重心低、刚度和质量分布均匀、和体形简单的。需要防止将大跨结合起高墩[3]。
四、后期的修复加固
1、无筋混凝土结构和桥墩的加固
桥梁下部结构需要加强抗震性的通常有两个方面,即无筋混凝土结构和桥墩。目前对桥墩增强抗震性的措施有很多,像是碳素纤维加固法、钢板外包加固法等等。最初对无筋混凝土结构通常采用的是砖石材料,所以很容易发生破坏,所以我们只能从结构上进行加固,将桥墩和衬套通过钢板(混凝土)衬套方法进行结合,形成一个整体,能够对地震进行抵御。这些加固抗震性的措施并使传统上的抗震方法,最大的不同在于对桥梁的动力参数进行调整或者改变,从而使其结构的震动反应得到降低,从而使得桥梁在地震中的能够有效地实现抗震[4]。
2、桥梁抗震性的加固
为了避免地震造成的桥梁滑落的风险,需要对其加强支承连接件。目前世界上常见的措施就是对支承面宽度进行加强,以及将纵向约束装置安置在相邻梁之间。并且对桥梁的抗震强度的加强还可以通过专门的耗能装置和减隔震技术,比如说智能支座、铅芯橡胶耗能支座,这些都是增强抗震性有效的方法。
结束语
我国是世界地震多发国家之一,具有频度高、强度大、分布广的特点。道路桥梁这种典型的线状工程地震易损性较高。因此,在设计具体桥梁时,应根据具体的地质环境条件,并结合桥梁的结构特点选择恰当的抗震设计手段和构造措施,以期实现抗震减灾的目的。
参考文献
[1]高战博.浅谈路桥工程软土地基的施工技术[J].中华民居.2013(07):305-306
[2]宋雷,贺立新.铅芯橡胶支座在简支梁桥减隔震中的应用[J].桥梁建设.2012(03):86-94
[3]韦定超.基于性能的桥梁抗震设计方法的讨论[J].价值工程.2011(11):71-72
[4]杨菲.浅谈桥梁抗震设计的问题及其对策研究[J].科学之友.2011(05):76-77
关键词:道路桥梁;抗震;设计
中图分类号:S611文献标识码: A
引言
近年来,在我国乃至世界地震灾害频频发生,道路桥梁等交通工程在地震中遭到严重的破坏,为了在灾害中减轻道路桥梁的损害程度,有必要增强道路桥梁的抗震能力,加强道路桥梁工程抗震的研究。因此,在道路桥梁的设计与施工当中,做好抗震设计工作,开展道路桥梁的抗震设计理论研究和试验,做好抗震强度和稳定的设计工作,满足抗震要求。
一、道路桥梁的主要震害形式
1、基础震害道路
基础的破坏与地基的破坏紧密相关,地基破坏一般都会导致基础的破坏。地基破坏主要是指地震作用下因砂土液化、不均匀沉降及稳定性不够等因素导致的地层水平滑移、下沉、断裂。基础的震害主要表现为移位、倾斜、下沉、折断和塑性铰破坏。
2、附属工程震害道路
在地震力的作用下,主梁与下部墩柱、桥台连接部较为薄弱,若附属工程没有足够的限位能力将出现震害。主要表现为支座脱离主梁、挡块碰撞破坏、伸缩缝拉断、台胸墙剪断等震害。
3、上部结构震害道路
道路桥梁上部结构震害按照产生的原因不同,可以分为结构震害和位移震害。其中较常见的是位移震害。道路桥梁位移震害主要表现为上部结构的纵向位移、横向位移以及扭转[1]。一般来说,设置伸缩缝的地方比较容易发生位移震害。如果上部结构的位移超过了墩、台等的支撑面,则会发生更为严重的落梁震害。落梁的原因一般是因为限位构造失效、墩台支承宽度不足造成,在地震力作用下,梁、墩台间出现较大相对位移,导致落梁现象的发生。
4、墩柱震害道路
墩柱的震害主要表现出两种特征:塑性铰破坏和剪切破坏。柔桥墩柱在地震力作用下,墩柱底部、顶部和墩柱与系梁连接处容易出現塑性铰,塑性铰混凝土在反复地震作用下剥落、破碎,失去承载能力。刚性墩在地震作用下,变形能力小,主要以强度抵抗地震力,当地震力超越其承载强度时,出现剪切破坏。
二、测试道路和桥梁的抗震性方法
1、静力理论
静力理论是最初为了研究桥梁结构的抗震性而采取的理论方法。此理论主要是对地震的震动频率和桥梁结构的各部分相同的假设,通过对影响桥梁结构的动力特性和地面运用的特性的因素进行忽略不计,然后将桥梁结构运动所形成的惯性力乘以地面运用的加速度。当由于地震使得结构产生的动力将其当做是静止的,将地震荷载看做是地震的惯性力,然后分析在结构上通过这种外载荷的方式而产生的内力。1915年提出了震度法。这种方法中增添了水平地震荷载,这种因素是将结构10%的重量增加在静力法原有的概念上。但是静力法更具备简单的概念和简洁的计算公式。所以在我国相关的法律文件中提出通过静力法来计算地震荷载来分析挡土墙和路基的抗震能力和稳固性[2]。
2、时程分析法
时程分析法在我国被广泛应用在设计和分析复杂工程结构的抗震性。这种方法分析和设计工程的抗震性都是通过对地震地面运动和速度数值的实际记录来进行的。时程分析法不仅能够对地震震动的时间、振幅和频率有效地反映出来,而且还能够对结构的弹塑性得到充分的考虑。
三、道路桥梁设计阶段的抗震性措施
1、不同结构的抗震措施道路
桥梁的抗震需要考虑到不同部位的抗震,分别采取不同的措施,基础抗震措施、桥台抗震措施和桥墩抗震措施是目前有关桥梁结构比较有效的抗震措施。基础抗震主要是为了避免地震造成桥梁的滑动和长期的不规则变形。所以对桥梁的基础部位的刚性和整体性进行加强使之上部荷载得到降低。当桥位处于地震液化可能够发生的场地时,为了能够对可能液化的土层增加一定的深基,通过使桩或沉井进行密实稳固土层,同时将一些钢筋稳固在桩的上部,注意和地面的距离保持在1~3m内。桥台抗震措施主要是为了实现对地震冲击力的缓和,在桥台增加胸墙,并且将弹性垫块布设在桥台和梁之间。对于有些基础比较浅的桥梁和通道需要对其下不得支撑梁部进行加强。为了能够对在地震时发生的桥墩滑动的现象进行防范,桥梁结构需要采用四铰框架。桥墩抗震有效措施主要是通过对桥墩的加强进行缓和地震的强度。高墩通常是运用钢筋混凝土结构,可以对桥墩的桩、柱的直径进行合理的加大,另外也能够运用双排的柱式墩和排架桩墩,通过架设横梁在柱和桩之间,从而对桥墩的抗震强度和抗变形性进行加强[3]。
2、桥梁整体设计应注意的方面道路
在设计道路桥梁的时候,首先需要考虑的就是如何选择桥位。地质坚硬的场地比较适合桥位的理想选择,比如说场地的地基都是坚硬的碎石或基岩等。像不稳定的坡地、松软的粘土地基、人工填土、松散的细砂地等这些都属于非理想选择,因为这些松软的场所可能够会因为发生地震导致地基坍塌的风险,所以要避开这些场所。另外当遇到跨越断层等一些特别的情况时首先要需要进行地震安全性评价然后选择是否适合所选择的桥梁形式。第二个需要注意的就是如何选择桥型。桥梁的基础形式、墩台和合适的桥梁形式的选择需要注意场所的地势、地质条件和桥梁的规模。另外还需要考虑到今后方便对桥梁进行修复加固,因此桥梁的结构体系需要选择那种经济合理而且技术先进的。在抗震方面可以选择减震的新结构,比如说钢筋混凝土结构。最后还需要考虑到如何布置桥孔。这方面需要注意布局的抗震性,桥梁的形式可以选择那些方便施工、重心低、刚度和质量分布均匀、和体形简单的。需要防止将大跨结合起高墩[3]。
四、后期的修复加固
1、无筋混凝土结构和桥墩的加固
桥梁下部结构需要加强抗震性的通常有两个方面,即无筋混凝土结构和桥墩。目前对桥墩增强抗震性的措施有很多,像是碳素纤维加固法、钢板外包加固法等等。最初对无筋混凝土结构通常采用的是砖石材料,所以很容易发生破坏,所以我们只能从结构上进行加固,将桥墩和衬套通过钢板(混凝土)衬套方法进行结合,形成一个整体,能够对地震进行抵御。这些加固抗震性的措施并使传统上的抗震方法,最大的不同在于对桥梁的动力参数进行调整或者改变,从而使其结构的震动反应得到降低,从而使得桥梁在地震中的能够有效地实现抗震[4]。
2、桥梁抗震性的加固
为了避免地震造成的桥梁滑落的风险,需要对其加强支承连接件。目前世界上常见的措施就是对支承面宽度进行加强,以及将纵向约束装置安置在相邻梁之间。并且对桥梁的抗震强度的加强还可以通过专门的耗能装置和减隔震技术,比如说智能支座、铅芯橡胶耗能支座,这些都是增强抗震性有效的方法。
结束语
我国是世界地震多发国家之一,具有频度高、强度大、分布广的特点。道路桥梁这种典型的线状工程地震易损性较高。因此,在设计具体桥梁时,应根据具体的地质环境条件,并结合桥梁的结构特点选择恰当的抗震设计手段和构造措施,以期实现抗震减灾的目的。
参考文献
[1]高战博.浅谈路桥工程软土地基的施工技术[J].中华民居.2013(07):305-306
[2]宋雷,贺立新.铅芯橡胶支座在简支梁桥减隔震中的应用[J].桥梁建设.2012(03):86-94
[3]韦定超.基于性能的桥梁抗震设计方法的讨论[J].价值工程.2011(11):71-72
[4]杨菲.浅谈桥梁抗震设计的问题及其对策研究[J].科学之友.2011(05):76-77