简述桥梁结构抗震设计与设防措施
摘要
关键词
桥梁结构;抗震设计;设防措施
正文
引言:
在桥梁建设过程中,应提高对桥梁结构抗震设计与设防措施的重视,以减少地震对桥梁结构的破坏,提高桥梁结构的抗震能力。在设计时,应根据工程所在地的地震设防烈度和工程场地条件等因素来选择合适的抗震设计方法,并采取合理有效的设防措施。同时,应结合项目实际情况制定出具体、科学的设计方案,并严格按照相关规范要求对地震作用进行计算和调整,确保桥梁结构在地震作用下的安全性和稳定性。
1桥梁结构抗震设计分析
1.1结构体系选择
在设计阶段,为确保桥梁结构的安全性和合理的使用寿命,应依据桥梁所处的地形、地质、水文等条件,合理确定桥梁结构的形式。对于大跨度桥梁,为适应桥型变化和便于施工,宜选择悬臂梁桥;对于大桥,连续梁桥是较为适宜的选择。在实际工程中,结合工程地质条件和水文资料等进行综合分析后,也可考虑选择拱桥、斜拉桥或连续刚构桥。在地质条件较差、地震危险性较高的地区,宜采用基础埋置较深、基础刚度较大的桥型。在抗震设计中,对于采用高阻尼减震材料的桥梁结构体系,如橡胶支座、减振器等,其主要性能指标应满足《公路工程抗震设计规范》(JTG/TD60—2011)中关于橡胶支座的要求。设计时还应注意:在地震作用下,橡胶支座在伸缩缝处易产生纵向位移和扭转变形,因此伸缩缝处应设置限位装置;当伸缩缝采用摩擦型橡胶支座时,其摩擦系数应大于0.35;使用金属阻尼器时,其阻尼力应大于所用橡胶支座的初始屈服力。此外,抗震设计中还应注意:一是对于大跨度桥梁(如悬索桥)和长桥梁等,宜采用动力放大系数较大的结构体系;二是对于跨径大于50m的连续梁桥和拱桥等抗震要求较高的桥梁结构体系,应采用弹性支座。桥梁结构体系的选择应从经济角度综合考虑其合理性。例如,采用全漂浮体系或半漂浮体系时,应进行抗风和抗水计算;采用钢-混凝土组合结构体系(包括部分预应力混凝土结构)时,同样应进行抗风和抗水计算。
1.2抗震设计标准
抗震设计标准的更新是基于最新的地震科学研究和工程实践以反映当前的抗震要求和技术水平,这包括考虑到新的地震数据、地震加载模型、结构性能评估方法以及建筑材料的发展,因此标准的更新需要跨学科的合作涵盖地震科学、工程学和材料科学等领域,标准的更新也需要考虑到结构的多样性,不同类型的桥梁结构具有不同的抗震需求因此需要针对性的设计规范,例如悬索桥和梁式桥可能需要不同的抗震设计要求因此标准的更新必须综合考虑多种类型结构的需求。另一个挑战是标准的定期更新和维护,地震科学和工程技术不断发展需要标准定期审查和更新以确保其与最新的研究成果保持一致,这需要国际和国内标准制定机构的合作以确保标准的科学性和实用性。在抗震设计中更新抗震设计标准是不可或缺的一环,它直接影响到结构的抗震性能和公众的安全,面对复杂性和多样性的挑战需要全球范围内的工程师和科学家共同努力以不断提高公路桥梁的抗震能力来确保基础设施在地震发生时能够安全可靠地运行,因此更新抗震设计标准是一个具有深远影响的任务需要高度的专业知识和跨学科的合作。
1.3抗震计算分析
根据《公路工程抗震设计规范》,桥梁抗震计算分析的内容包括桥梁上部结构、下部结构、支座和附属设施的自振周期、地震反应谱及地震作用下的内力和位移。其中,桥梁上部结构自振周期的计算涉及桥梁结构在水平方向上的振动固有频率;桥梁下部结构自振周期的计算涉及桥梁上部结构和下部结构在水平方向上的振动固有频率;桥梁附属设施自振周期的计算涉及桥梁附属设施在水平方向上的振动固有频率。考虑到地震作用下,除了主梁之外,其他构件也可能发生损伤,因此,对于整个体系而言,需要考虑其各组成部分的动力特性。
1.4位移控制
位移控制是指在结构的抗震设计中,根据地震作用的大小和性质,对结构的水平位移采取的相应措施。一般而言,位移控制可分为大位移控制和小位移控制两类。大位移控制针对的是结构在强震下可能产生过大位移,可能导致结构失去支撑作用而倒塌或严重破坏。在大变形情况下,地震力主要作用于墩柱上。墩柱作为主要受力构件,承受与地面垂直的水平地震力。由于墩柱本身只有一对抗侧力构件,因此在水平地震作用下,其截面不会产生过大的变形和内力。小位移控制是在地震作用下,结构产生较小的水平位移,以保证桥梁结构具备足够的抗震能力,避免过大的变形或倒塌。此外,由于桥梁结构在不同抗震设防烈度下承受的地震作用不同,因此在进行桥梁结构抗震设计时应对其进行强度验算和延性验算。
2桥梁结构抗震设防措施分析
2.1合理确定结构的刚度和强度
桥梁结构刚度的大小对地震作用下桥梁结构的内力和位移影响很大。当地震力为静力荷载时,由于桥梁结构刚度较小,因此在地震中就容易发生较大的塑性变形,从而导致桥梁结构出现严重的损伤;当地震力为动力荷载时,由于桥梁结构刚度较大,能够保证在地震作用下有足够的抗震能力,使桥梁结构不会破坏。因此在抗震设计中应尽可能使桥梁结构具有较高的刚度。对于钢筋混凝土简支梁桥、连续梁桥和拱桥等结构形式来说,在地震作用下由于存在较大的变形和内力,使其构件截面尺寸可能会发生较大变化;对于框架结构来说,由于框架柱和梁等主要构件截面尺寸都比较小,且其主要作用是传递水平力,因此当发生地震时承受荷载较大。因此在抗震设计中应合理确定各构件截面尺寸和配筋方式,使其具有足够的刚度和强度。
2.2科学选择支座形式和布设方式
在桥梁结构抗震设防中,科学选择支座形式和布设方式是提升抗震能力的关键环节。支座作为连接桥梁上部结构与下部结构的重要构件,其形式和布设直接影响桥梁在地震作用下的响应。在支座形式选择上,减隔震支座凭借其独特的耗能和隔震性能,成为抗震设计的优选。铅芯橡胶支座通过铅芯的屈服耗能与橡胶的弹性变形,可有效降低地震力传递;摩擦摆支座利用摆动原理延长结构自振周期,减少地震动输入。而普通板式橡胶支座、盆式支座等,则适用于地震作用相对较小的区域。支座布设方式同样重要。合理的布设需结合桥梁结构特点、跨径大小和地震特性,采用对称或非对称布设策略。对于多跨连续梁桥,可通过合理设置固定支座与活动支座的位置,控制地震力传递路径;在高墩桥梁中,采用分散布设支座,能避免结构因集中受力而破坏,从而增强桥梁整体抗震性能。
2.3应用新型的减震和隔震支座
在桥梁设计中,所应用的抗震措施通常是通过在桥梁结构中加入新型的减震和隔震装置,实现对桥梁结构抗震性能的有效提升。目前,我国常用的桥梁减震和隔震装置主要包括以下几种:橡胶支座、黏滞阻尼支座、铅芯橡胶支座。新型减震和隔震装置的应用是对传统抗震措施进行了改进和完善。但是其存在一定缺陷,如成本较高、技术要求高、设计复杂等。因此在今后桥梁建设中还需要进一步优化和改进新型减震和隔震装置,不断提高其使用效果与质量水平。例如,可以通过新型材料、新技术等途径来降低成本,从而使其能够更好地满足桥梁结构对抗震性能要求。
2.4加强桥梁的防落梁的构造
不论是何种类型的建筑工程结构桥梁,都应该在对当地地震自然灾害有所了解和认知的前提下进行充分考量,布设足够强大的横向的有限地震减震装置,结合当前的设计规模和设计状况,设置足够尺寸大的板块,加强桥梁的防落梁构造设计。
结束语:
桥梁抗震设计和结构改进是一项复杂的工程任务,需要多学科的协作和不断的科学研究。通过不断的努力和创新,我们可以为社会提供更安全可靠的桥梁,为可持续发展贡献力量。
参考文献:
[1]桥梁结构抗震设计与设防措施[J].张慧.四川水泥,2021(05)
[2]桥梁结构抗震设计要点及抗震措施[J].杨泽伟.四川建材,2020(09)
[3]桥梁结构抗震设计与设防措施研究.叶军.产业创新研究,2022(04)
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