桥梁地震范文

桥梁地震范文（精选9篇）

桥梁地震 第1篇

2008年5月12日四川汶川发生8.0级特大地震, 震中烈度高达11度。地震后, 重灾区大部分桥梁遭受破坏, 主梁移位、拱圈裂缝、支座破坏、桥台裂缝等损坏情况比比皆是。

震后作者作为辽宁省对口援建安县交通恢复重建组成员参加了安县公路桥梁恢复重建工程调查、检测、评估以及部分设计工作。本文通过对灾区桥梁的震害调查、检测, 分析公路桥梁震害特点, 从而提出提高桥梁抗震能力的措施和对策, 为灾区公路重建及高烈度地区公路桥梁建设提供一些借鉴。

2 桥梁震害特点

通过对地震灾区公路桥梁的调查情况来看, 桥梁破坏的宏观震害特点如下:

2.1 越靠近震裂带破坏越严重

安县县道XB14墩秀路、XB35秀茶路位于汶川地震的龙门山断裂带 (映秀—北川断裂) 上, 这两条县道上的桥梁损伤严重, 所有桥梁均出现了不同程度的破坏, 部分桥梁全部垮塌而不能使用。地震震区山体滑坡现象极其严重, 滑坡落石对桥梁的损害极其严重 (图1) 。

2.2 拱桥破坏相对严重

安县拱桥大部分为七八十年代修建的浆砌卵石拱桥, 由于其砌筑质量较差, 并且运营时间较长, 地震后很多拱桥出现了拱圈裂缝、桥面铺装破坏、桥台侧墙开裂等病害, 给公路保通及恢复重建工作带来巨大压力。

2.3 桥长较长相对破坏较重

桥梁的长度会影响其抗震性能, 桥长较短的桥梁由于桥台对桥梁的纵向约束作用, 有效地阻止了落梁的发生, 因此长度较长的桥梁比较短桥梁破坏重;多联的桥梁比只有一联且相对较短的桥梁破坏重。

2.4 斜交梁式桥较正交梁式桥破坏严重

梁式桥梁的破坏形态较有规律性, 其主要震害表现为:梁体发生水平位移;支座剪切变形;挡块被挤裂;桥墩底部出现环状裂缝;系梁断裂等。从检测结果上看, 以上破坏在斜交桥梁中表现较正交桥梁严重。

2.5 曲线桥梁比直线桥梁破坏严重

同样上下部结构尺寸的曲线桥梁的抗震能力低于直线桥梁, 这一现象在震后破损桥梁中得到了直接的反映, 这也要求我们在地震烈度较高地区桥梁设计施工中应结合地震效应考虑平曲线半径与桥梁上下部结构尺寸关系。

2.6 建筑材料和施工质量与震害严重情况有直接关系

由于沿线石料丰富, 早期修建过程中因受工程造价影响, 大量采用浆砌片块石及卵石。该类构件整体性及抗震性较差, 震后受损严重, 在重力式桥台、圬工拱桥及挡墙等构件中均有明显表现。通过对全县桥梁的检测, 发现高度在4m以上的浆砌片石桥台破坏较重, 病害多表现为侧墙外倾、崩塌, 前墙出现竖向裂缝。而混凝土结构整体性较好, 灾害程度相对较轻。

3 桥梁震害分类

汶川特大地震对桥梁造成了大量破坏, 有的甚至是毁灭性的, 此次地震对震区桥梁的上部结构、下部结构乃至地基都造成了破坏。其形式的多样性、其程度的严重性均是罕见的, 灾区桥梁破坏可以分为以下几种类型:

3.1 主梁移位和落梁

主梁移位在地震重灾区的桥梁中比较普遍, 但主梁移位的极端情况—落梁破坏相对较少。主梁移位震害包括纵桥向移位、横桥向移位 (图2) 和平面扭转 (图3) 。平面转动的震害主要出现在斜交桥。主梁移位的同时撞击了桥梁的横向挡块, 也造成了挡块的大量破坏 (图4) , 但因为挡块的设置, 减少了落梁震害。

3.2 支座破坏

支座破坏是桥梁上部结构中最常见的一种破坏现象, 梁的纵横向位移过大导致支座破坏。支座在桥梁当中不太引起注意, 但功能却十分重要, 地震时其作用更为明显。桥梁支座历来被认为是桥梁结构体系中抗震性能比较薄弱的一个环节, 在历次破坏性地震中, 支座的破坏现象都比较普遍。相邻梁互相碰撞或梁的纵、横向位移大多都是以支座破坏为前导, 强震时支座受到很大的剪力和变形, 这时桥梁上部就会脱离支座, 产生落梁现象。支座破坏的主要表现为支座撕裂 (图5) 、脱落及滑移。

3.3 桥墩震害

桥墩是支撑桥梁上部构造的主要构件, 其震害主要包括桥墩的压溃 (图6) 、开裂、倾斜和剪切破坏 (图7) 。调查表明:

(1) 发生桥墩倾斜震害主要是连续梁桥的桥墩。连续梁桥由于固定支座的设置, 使得桥墩在地震作用下承受的地震荷载差异大, 从而桥墩破坏的严重程度差异也大, 同时会带来崩溃性的破坏。

(2) 墩柱箍筋是非常重要的。通过对破坏桥墩的调查分析, 无论墩柱直径大小, 无论是否是塑性铰区域, 箍筋体积配筋率0.048%～0.067%, 远不能保证足够的横向约束能力。

(3) 墩身刚度突变处易产生震害。

3.4 桥台破坏

桥台是桥梁两侧的支撑部分, 一般是在平原填土上或河岸边、山坡上, 用浆砌片石或钢筋混凝土修建的支撑结构, 这是桥梁抵抗地震作用的直接部位。桥台与土的刚度不同, 地基土体在地震荷载作用下容易发生变形破坏, 桥台的强度及变形不能适应地震力要求而使桥台发生破坏。桥台破坏的形式主要有:重力式桥台墙体开裂 (图8) 、肋板式桥台肋板开裂、桥台填料垮塌 (图9) 等。

4 桥梁震害的启示与对策

(1) 从震区桥梁震害分布来看, 地形、地质条件对桥梁震害有明显的影响。一般来说, 这类破坏现象是人为桥梁工程所难以抵御的, 在高烈度地区进行桥梁建设时, 主要是结合路线方案, 桥梁选址尽量避开活动断层及其临近地段, 避开有可能危及桥梁结构安全、有可能滑坡或崩塌地段。对于必须通过不良地质病害的桥位应进行处治。

(2) 不同桥型抗震能力不同, 弯桥、斜桥的总体表现比直线桥差, 双柱式桥墩的抗震能力比独柱墩好。因此在地震高烈度地区尽量减少弯桥、斜桥的比例, 尽量采用双柱式桥墩。斜交桥要加强钝角钢筋的配置, 并加强限位措施。

(3) 为限制梁体的横向位移, 设置挡块是合适的。本次地震桥梁挡块起了很好的作用, 保护了上下部结构的整体稳定性, 适度释放了地震的能量, 但挡块的破坏也很普遍。事实上, 在水平地震力作用下, 挡块是受力构件, 仅对其进行构造设计是不恰当的, 应加强挡块强度, 重视挡块的设计和优化其构造。

(4) 支座是桥梁抗震设计的薄弱环节, 是桥梁抗震设计重点设防的部位之一。在高烈度地区建设桥梁时, 应重视桥梁支座的作用及其设计, 要求支座的锚栓、销钉、防震板等除有足够的抗震强度外, 还要有足够安全的防震支座。

(5) 桥梁上下部连接处是桥梁应力传递的重要环节。连接方式不同, 结构受力也不一样。在地震作用下, 矮桥墩比高桥墩所受的地震力大许多, 尤其是与上部结构固结的矮桥墩, 由于刚性的增大导致地震力更大。对于矮墩桥梁, 上下部结构之间宜优先采用支座连接的方式。

(6) 发生压溃及剪断破坏的桥墩横向箍筋配置普遍偏少, 不能保证足够的约束能力。震害再次证明了墩柱箍筋的重要性。在地震高烈度地区应充分重视横向箍筋设置, 把箍筋作为受力钢筋来对待, 应根据抗剪计算配置。墩身及基础刚度突变段尤其应重视箍筋的配置方式和含筋量。

5 结语

今后在高烈度地区尽可能采用整体性和规则性较好的桥梁结构, 结构的布置要力求几何尺寸、质量和刚度均匀、对称、规则, 避免突然变化;尽量选择直线桥梁, 减少斜、弯桥梁的比例。本文只是笔者提出的一些宏观抗震措施, 具体的抗震设计细节有待进一步研究与探讨。

摘要：通过对地震震区公路桥梁的震害调查, 总结归纳公路桥梁震害特点及原因, 并借鉴国外有关桥梁抗震的措施, 提出减少桥梁震害的对策, 为受灾桥梁的修复和重建工作提供一些参考。

关键词：桥梁,支座,桥墩,桥台,箍筋

参考文献

[1]辽宁交通援建工程组, 震后安县公路路况调查报告, 2008.7.

[2]绵竹市公路桥梁地震损伤及灾后恢复重建报告, 2008.12.

[3]张建东, 西岗勉.阪神大地震公路桥梁灾后重建技术, 2008.12.

桥梁地震 第2篇

研究了地震地面运动多点激励,即空间变化效应对装有铅芯橡胶支座(Lead Rubber Bearing)的连续梁桥地震反应的影响.首先,利用三角级数法生成了拟合规范反应谱的.多点人工地震动时程;然后利用非线性时程分析法数值仿真并比较了某五跨LRB隔震连续梁桥在一致激励、仅考虑地震动行波效应、仅考虑地震动部分相干效应、同时考虑行波和部分相干效应以及同时考虑行波、部分相干和局部场地土效应等七种工况下结构的减震效果.行波效应和部分相干效应对铅芯橡胶支座隔震桥梁影响不大,而局部场地土效应对该类桥梁的地震反应分析影响很大,应该引起重视.

作 者：全伟 李宏男 QUAN Wei LI Hong-nan  作者单位：大连理工大学,海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁,大连,116024 刊 名：世界地震工程  ISTIC PKU英文刊名：WORLD EARTHQUAKE ENGINEERING 年，卷(期)：2007 23(4) 分类号：P315 关键词：多点激励   地震响应   铅芯橡胶支座   非线性时程反应分析  

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桥梁地震 第3篇

摘要：以建于深厚软弱场地上的某大跨径桥梁为例，研究了不同地震动强度下场地的地震动特征、地震动的空间效应以及不同冲刷工况下场地地震动效应的差异，分析了深厚软弱场地特定地震动效应对大桥安全性的影响，提出了工程建设不同阶段大桥的地震安全对策。

关键词：深厚软弱场地；地震动效应；大跨径桥梁；地震安全对策

中图分类号：U442 文献标识码：A 文章编号：1000-0666（2016）01-0046-07

0 引言

城市桥梁是重要的生命线工程，在城市抗震减灾中的地位十分突出。自20世纪70年代以来，美国San Fernado M6.6地震、Loma Prieta M7.0地震、Northridge M6.7地震、日本阪神M7.2城市直下型地震及我国唐山M7.8地震、台湾集集M7.6地震等，都对城市桥梁造成了比较大的破坏（刘恢先，1986；刘聪桂，陈文山，2000；EERI，1990，1995；Priestley et al；1995出国赴日地震考察团，1995），即使是中等强度的地震，也往往会导致作为城市交通枢纽的桥梁产生较大的破坏。

近20年来，我国经济高速发展，国家及地方有足够的经济实力兴建大型桥梁工程。对滨江市而言，大型跨江大桥是城市重要的交通通道，也是重要的生命线工程。这些城市过江通道，多数采用大跨径斜拉桥或悬索桥，具有塔高、跨径大、自振周期长的特点，是交通工程中的核心工程，地震时一旦遭到破坏，不仅工程本身的功能丧失，还将严重影响救灾工作，导致巨大的直接、间接经济损失。由于沿江、沿海地区，第四纪覆盖层往往厚达数十米、数百米甚至超过千米，且软弱土层较厚。深厚软弱场地地震动的特点是长周期地震动分量相对丰富（胡聿贤，1988；谢礼立等，1991）。对大地震的远场场地来说，地震波经过长距离传播的衰减、深厚软弱土层的滤波和放大后，特定长周期段的地震动分量比较突出，表现为地震加速度反应谱长周期段较现行规范要高出很多（杨伟林，2003a）。特别是工程结构周期与场地的地震动卓越周期相同或接近时，将产生共振或类共振现象，对工程结构的破坏性极大。1985年9月19日墨西哥M8.1地震中墨西哥城数百栋高层建筑遭到破坏就是典型的实例（胡聿贤，1988；刘大海等，1993；Andersm et al，1985）。

对桥梁的地震安全对策，国内外学者进行过许多研究（Priestley et al，1996；范立础，1997；刘鑫，2013），但往往是从桥梁抗震设计和结构抗震、减震措施方面研究桥梁的地震安全对策，鲜见对工程建设不同阶段进行系统的地震安全对策研究。

本文以建于深厚软弱场地上的某大跨径桥梁为例，在充分研究工程所处的地震环境基础上，进行场址地震危险性分析，并针对上覆软弱土层较厚和冲刷较为突出的特点，输入长周期地震动分量较为丰富的地震波进行场地土层地震反应分析，研究了不同地震动强度下自由场和不同层位的地震动特征、地震动的空间效应、冲刷对场地地震动效应的影响等，提出大桥工程建设不同阶段的地震安全对策。

1 场地特点

大桥桥位区属长江三角洲冲积平原地貌，地势平坦开阔。北岸地面标高相对较低，为2～3m；南岸地面标高3～4m，同属长江低漫滩。桥位区水下地形因江心洲发育，形成深槽与沙洲间互展布、主支汊深浅不同及宽度多变的复杂地貌。桥位处江面宽5.7～5.9km，中间为主航道，水深超过10m的水面宽约2km，水深超过20m的水面宽约1.2km。桥位区最大水深达40m以上。

桥位区第四纪地层较厚。根据工程场地钻探、物探成果，桥位区上覆土层厚度变化较小，沿桥轴线总体上为北薄南厚，北岸及水域部分北端厚275～300m，其它地段厚度较为稳定，为310～320m，局部可达330～340m。

大桥工程场地为Ⅳ类场地，属于典型的深厚软弱场地。根据工程场地19个钻孔的土层弹性波速原位测试（测试深度110～138m），剪切波速达500m·s^-1的土层的深度超过100m。按下式统计回归各类土的剪切波速随土层深度的变化关系：式中，V_S为土层的剪切波速，单位m·s^-1；日为深度，单位m；a、b为回归系数。计算结果见表1。

2 场地地震动特征

2.1 自由场地震动特征

根据波速实测结果，将地下120m处土层作为地震动输入界面。在场址区地震危险性分析基础上，合成满足地震动三要素的基岩地震动加速度时程，并根据工程场地土动力性能试验和波速实测结果，进行场地土层的地震反应分析。每个水准采用多条地震动输入，结果取其平均值。

在50～5000a地震重现期范围内，桥位区自由基岩面及场地地表的地震动峰值加速度见表2。

不同地震重现期时，各场点不同层位地震动峰值加速度沿高程的变化特征为：场地地表的峰值加速度最大，在土层中迅速衰减至地表峰值加速度的2/3～1/2，至桩尖处约为地表的1/2。

图1为5%阻尼比时计算得到的6个地震重现期的场地地震相关反应谱与《城市桥梁抗震设计规范》（CJJ166-2011）反应谱的比较。结果表明：地震重现期为50～100a时，两者反应谱较为接近；地震重现期为500～1000a时，场地地震相关反应谱的长周期部分明显变大；地震重现期为2500～5000a时，地表的地震动峰值加速度在0.15～0.20g之间，由于地震动强度相对较大和桥位区上覆厚度较大的软弱土层，地震时土体刚度将明显软化，加上厚软土层对高频地震动的滤波作用，地震动长周期分量变得相对突出，表现在反应谱曲线形状上就是在反应谱的长周期部分形成突出的尖峰（一个或多个）。在墨西哥地震和我国台湾集集地震中，软土场地实际地震记录的反应谱具有相似的特征。

因此，深厚软弱场地的地震反应谱与现行城市桥梁抗震设计规范反应谱的差异是明显的，特别是罕遇地震时，两者在长周期段存在较大的差别。对于建在深厚软弱场上的结构自振周期较长的城市大跨径桥梁来说，要抗御大地震破坏，实现工程抗震设防目标，应对设计地震动参数进行专门研究。

2.2 局部冲刷对场地地震动的影响

特大型跨江大桥桥墩附近的冲刷十分突出，已有的研究成果表明，最大冲刷深度可达20m以上。当采用高桩承台方案时，场地地震动效应的变化对桥体结构的抗震性能影响十分敏感，因此需要对不同的冲刷条件下特大型城市跨江大桥场地的地震动效应进行深入研究。

考虑到大桥主塔墩的冲刷最为突出，选择主墩位置进行冲刷对场地地震动的影响进行研究。主塔墩的冲刷最大深度为22.49m，冲刷前后场地地震动对比见图2。从图中可看出，冲刷前后场地浅部地震动存在较大差异。对高桩基础，在桥梁抗震计算中应充分考虑冲刷的影响，确定对桥梁抗震的最不利工况。

2.3 场地地震动的空间效应

城市大跨径桥梁往往采用沉井基础或采用大型群桩基础。沉井基础刚度大、抗震性能好，但综合考虑施工风险等因素，该大跨桥梁仍采用大型群桩基础。采用有限元法进行地震反应分析（SASSI2000），考虑大桥桥墩-群桩-土体的动力相互作用，研究大型群桩基础时的场地地震动的空间效应。计算中采用简化模型，土体采用平面四边形等参单元模拟，桩体采用梁单元模拟，索塔承台采用刚体块单元模拟，钢筋混凝土索塔简化成等效质量作用于承台上。考虑到地震波在介质中散射和反射，为减小边界效应影响，土体两侧边界宽度分别取基础宽度的5倍。模型中桩与土的接触面处满足位移协调条件。群桩简化为33根等效桩，按照梁单元考虑。二维计算有限元网格划分结点共计5932个，其中土体单元5700个、桩单元1551个、刚体块单元1个。对于每个土体单元，每个结点有两个自由度，即水平和竖向平动；对桩单元，每个结点具有3个自由度，即2个平动自由度和1个转动自由度；刚体块单元同样具有2个平动和1个转动自由度。地震动输入界面为地下120m处，该层位土层剪切波速已达500m/s。在场址区地震危险性分析基础上，合成满足地震动三要素的基岩地震动加速度时程，作为地震动输入，每个水准采用3条地震动输入，结果取其平均值。

二维场地地震反应分析结果表明：由于大桥桥墩一群桩一土体动力相互作用的影响，同高程处的桩体高频地震动突出，加速度反应峰值较自由场加速度峰值反应增大，但长周期部分则小于自由场。考虑群桩效应时，在同一高程处地震动频谱特性与自由场相比有显著的差别，加速度反应峰值差异也较大，地震动空间效应明显（杨伟林等，2003b）。因此，对建于深厚软弱场地的城市大跨径桥梁进行抗震设计，宜研究采用大型群桩基础时体系动力相互作用效应的影响。

3 场地地震动效应对桥塔结构的影响

大桥主桥采用双塔斜拉桥，主塔为倒Y形钢筋混凝土索塔，塔高约300m。通过分析主桥的自振特性可知：主跨部分桥面的自振周期在10s以上；主塔的一阶竖弯、侧弯及塔、梁弯曲耦合的周期为3.26～2.15s；其一阶对称扭转与反扭转的周期为1.3～2.0s。

根据对应6个地震重现期的场地地表加速度反应谱计算结果，对应500～5000a地震重现期的场地加速度反应谱在0.6～2.4s范围内的谱值均较大，这对主塔的振动影响较大。在桥体结构抗震设计时，应充分考虑这一具体地震环境和深厚软弱场地所产生的特定地震动效应的影响，确保大桥工程安全。

4 地震安全对策

城市大跨径桥梁工程投资及社会影响大，工程的地震安全是大桥设计、施工及建成后运营阶段必须要考虑的问题。进行大桥工程的地震安全对策研究，并在工程建设中有针对性地采取措施，对大桥工程尤为重要。

4.1 工程可行性研究阶段

在工程规划阶段，工程选址是工程建设中的重要环节。大跨径桥梁如建于抗震不利甚至危险的地段，地震引起的山崩、滑坡、地陷以及地面变形等对桥体结构及相关设施将直接构成危害，尤其是若工程建设未避开活断层，地震时将带来灾难性的后果。1995年1月17日日本阪神7.2级地震中，尚未完工的明石海峡大桥（悬索桥，主跨1990m）淡路岛一侧的主塔墩位移1.3m，锚碇位移1.4m，致使主跨增长0.8m，对工程建设造成极大影响。

因此，在大跨径桥梁建设中一定要注重选址，避开活断层等对工程地震安全性影响较大的危险地段和抗震不利地段，对工程场址的地震危险性进行充分研究，对近场区尤其是桥位区的晚第四纪活动断裂对拟建桥梁的影响进行研究，充分论证所选工程场地的稳定性及建设大跨径桥梁的适宜性。

4.2 工程设计阶段

4.2.1 确定安全、经济、合理的抗震设防标准

强地震的发生是小概率事件，但其破坏性极大，工程抗震设防是抵御地震破坏的重要措施。建设工程设防水准偏低导致结构抗力不足，是国内外历次地震中建（构）筑物遭到破坏的主要原因之一。但限于经济等原因，对所建设工程也不能采取很高的抗震设防水准，其抗震设防既要保证桥梁工程有足够的地震安全性，又要兼顾经济这一准则。在城市特大型桥梁工程建设中，应根据其功能、重要性及所允许承担的风险，进行抗震设防标准研究，对不同结构型式可采用不同的抗震设防标准，使全桥的抗震设防安全、经济、合理。

4.2.2 充分研究深厚软弱场地地震动效应

深厚软弱场地遭遇强震时场地的地震动效应，取决于桥址所处的地震环境和场地条件。上覆软弱土层对高频地震动的滤波及对一定范围长周期地震动分量的放大，使长周期地震动得到增强，场地地震动的特点是长周期地震动分量相对丰富。因此即使是远场大震，虽然其地震波传递到桥址下部基岩面时地震动较小，但到达场地地表后也可能成为对大跨径桥梁安全影响较大的强震动。城市大跨径桥梁建于深厚软弱场地时，需充分考虑大桥工程所处的地震环境，特别是区域范围内高震级潜在震源的影响，在地震危险性分析基础上研究深厚软弱场地的地震动效应，为工程抗震设计提供科学依据。

4.2.3 充分研究场地地震动长周期特征

桥梁结构地震反应分析方法 第4篇

1 静力法

这一阶段从19世纪末～20世纪40年代, 始创于意大利, 发展于日本。日本位于环太平洋地震带上, 遭受过多次大地震的袭击, 蒙受了巨大的损失。从1891年日本发生7.4级浓尾地震后, 开始组织对工程结构的抗震研究工作。静力法将地震加速度作为结构地震破坏准则的唯一因素。弹性静力法, 最初由日本学者大房森吉在1900年提出。该法假设结构物各部分与地震动具有相同的振动规律。结构因地震力引起的惯性力等于地面运动加速度与结构总质量的乘积, 以此惯性力作为静力施加于结构, 进行结构线弹性静力分析。从动力角度来看, 这种方法忽略了结构的动力反应特性, 在理论上存在极大的局限性。只有当结构物的基本固有周期比地面运动周期小很多时, 结构物在地震时才可能几乎不产生变形, 可以近似地视为刚体, 弹性静力法才能成立。不过, 弹性静力法概念简单, 对于整体刚度较大的结构或构件是适用的, 至今在桥台和挡土结构的抗震设计中仍采用静力法。

2 反应谱法

反应谱法是现行结构工程抗震规范普遍采用的估算等效地震力的方法, 基本上适应于结构非线性反应不大, 地震输入变异性较小的中、小跨度桥梁的地震力估算。该方法对大跨度桥梁地震力的初步估算有一定价值, 但由于大跨度桥梁具有较强的空间振型耦合和结构的非线性效应, 以及地震荷载输入在这种情况下存在的空间与时间变异, 因此对大跨度结构地震响应的估计存在较大的误差, 并无法给出结构的时域响应。20世纪80年代后, 采用反应谱法分析大跨度结构的地震作用, 尤其是较精确地分析结构的动力响应已不多见。但作为与结构选型和结构静力分析同步进行的地震力估算, 由于其方法较为直观、简便, 在结构初步设计中仍有所采用。反应谱理论的发展阶段是从20世纪40年代被提出一直到60年代。M.A.Biot于1943年提出了反应谱的概念, 并给出了世界上第一条弹性反应谱曲线, 即单自由度弹性振子对应某一个强地震记录情况下, 体系的周期与绝对加速度、相对速度和相对位移的最大反应量之间的关系曲线。1947年发展了基于反应谱理论的抗震计算方法。1948年, G.W.Housner提出基于加速度反应谱曲线的弹性反应谱法。1952年, 加州首先把反应谱理论引入该年发布的《地震力与风侧力规范》中, 但是, 为了适应传统经验和应力设计中的安全系数, 降低了反应谱值。1956年, N.M. Newmark率先把该法应用于墨西哥城拉丁美洲大厦的抗震设计, 这座大厦经历了随后发生的墨西哥大地震 (里氏8级) 的考验, 使弹性反应谱法得到验证。在1958年第一届世界地震工程会议之后, 反应谱方法相继被世界上许多国家所接受, 并被纳入结构抗震设计规范。

动力反应谱法采用“地震荷载”的概念, 从地震动出发求结构的最大地震反应, 但同时也考虑了地面运动特性和结构的动力特性 (自振周期、振型和阻尼) 之间的关系, 比静力法有很大的进步, 但是, 在设计中仍然把地震惯性力视为静力, 以弹性分析为主。

3 动力分析方法

3.1 时程分析法

动力时程反应分析可以描述结构在动力荷载作用下的结构反应情况, 对大跨度桥梁来说主要分为结构建模和结构输入两大部分。过去由于计算能力和规模的限制, 在结构建模和结构输入两方面都作了许多假定, 以实现较大运算量的逐步积分运算, 因此对实际是在三维地震波作用下, 三维地震反应的大跨度桥梁的描述往往失之片面。最近的一系列研究注意到了这一点。各国学者对结构动力时程反应的分析, 在结构建模方面多采用了三维动力分析模型, 并着重对地震波输入模型的影响效果进行深入的探讨。20世纪60年代前后, 随着计算机的普及和动力试验技术的发展, 人们对结构物在地震作用下反应的全过程有了更全面的了解, 人们也逐渐意识到, 反应谱法保证核电站、近海平台、输油管等特殊工程结构的安全, 加之地震动记录数据和结构震害资料的不断丰富, 使抗震研究开始向真正的动力理论阶段过渡。

在国外, 动态时程分析方法在20世纪60年代～70年代得到迅速的发展, 在国内, 20世纪70年代末, 80年代初开始大量开展这方面的研究。Housner在20世纪50年代末将地震记录输入结构上, 计算结构的地震反应, 这种方法也就是最初的动态时程分析方法。日本于20世纪60年代初, 在武藤清教授的带领下, 开始进行这方面的研究。从地震动的振幅、频谱和持时三要素来看, 抗震设计的静力理论只考虑了高频振动振幅的最大值, 反应谱理论虽考虑了振幅和频谱, 但持时始终未得到明确的反映。1971年美国San Fernando地震一周年的学术研讨会上, 多数人认为反应谱理论只说出了问题的一半, 对重大工程结构应采用动态时程分析方法, 做详尽的地震响应分析。

时程分析法的主要优点是既可以做线性分析, 又可以做弹塑性动态分析, 概念明确。其主要缺点是计算结果过度依赖于所选取的加速度时程曲线, 离散性很大, 为得到较可靠的计算结果, 通常需要计算许多时程样本, 并加以统计平均, 为此需要花费大量的计算。而且时程分析方法所能考虑的地面运动非一致性也非常有限, 除了能考虑行波效应, 其他的空间变化特性并不能得到很好的考虑。

迄今为止, 结构非线性动力时程分析方法仍在大量的研究, 虽然计算方法已经相当成熟, 但依然存在一些难于解决的问题, 其中包括:地震动的输入问题;结构—基础—土相互作用问题;结构构件的非线性动力特性和屈服后的行为问题。这些问题在很大程度上影响了非线性动力时程分析的结果, 因此, 一般要求在现行范围内能够对分析结果进行解释, 并与反应谱分析的结果进行相互校验。然而, 随着计算手段的不断深入, 动态时程分析方法已越来越受到重视。对体系复杂的桥梁的非线性地震反应, 动态时程分析方法还是理论上唯一可行的分析方法。最新的日本与美国规范都已将此方法列为规范采用的分析方法之一。

3.2 随机振动分析法

随机振动方法是根据对各点地面运动观测资料的统计, 应用随机振动理论求得结构响应统计特性, 进而估计结构的安全性和可靠性。其中的功率谱方法, 即按照给定的输入功率谱计算输出功率谱, 在工程应用上占有很重要的地位。

20世纪60年代中抗震理论的另一重要成果是随机振动理论的应用。地震发生的时间、空间和强度特征不仅随时间变化, 而且具有明显的随机性。这种随机性主要表现在:同样的基本条件下得到的地震动时程曲线都不相同, 每一个具体的时程曲线相当于随机过程的一条样本曲线。认识了地震动的这一特征之后, 随机振动方法应运而生。随机振动理论不但为振型组合提供了普遍接受的方法, 更重要的是为抗震设计概率理论奠定了基础。

随机振动方法就其计算原理上较充分地考虑了地震动的统计特性, 而且能比较全面地考虑地面运动的空间变化特性, 因此被日益广泛地接受为一种较为先进合理的分析工具, 也已经被国外一些抗震规范所采用, 例如1995年颁布的欧洲桥梁规范。对于弹塑性分析, 随机振动方法在处理非线性问题时也遇到了一些困难, 如不能应用迭加原理等, 然而, 对于局部非线性或非线性程度不十分强的问题, 经过等效线性化处理后, 计算结果对于结构的初步设计仍然具有一定的参考价值。另外, 国内外很多学者应用随机过程理论对地面运动观测资料进行了统计分析, 提出了各种各样的既考虑地面运动随机性, 又考虑地面不同激励点之间的相关性及波的传播特性的相干函数公式或模型。这些公式和模型为多点输入随机振动方法的研究提供了必要的前提条件。

随机地震反应分析的特点在于分析的目的是确定反应量的概率分布特征, 而不是确定具体反应时程或反应量的最大值, 这一点与确定性反应分析不同。目前应用与地震反应分析的随机振动法可分为时域随机振动法和频域随机振动法。时域随机振动法是将蒙特卡罗方法选取的能够代表地震动统计特性的若干条地震动时程曲线样本作为输入, 按照时程分析方法计算结构的反应, 然后将一系列反应进行统计分析, 得到结构地震动反应特性。这一方法可以较精确的计算结构的地震反应, 而且可以考虑结构的非线性特性, 但是计算量很大, 即使在计算机技术比较成熟的今天也无法利用这一方法进行复杂结构的地震反应分析。所以, 时域随机振动法没得到广泛的应用。频域随机振动法是通过建立地震动输入和结构地震反应输出的功率谱函数之间的关系得到结构地震反应的统计特性 (主要是方差) 。

4 结语

这几种方法各有各的特点与用途, 有的方法简单, 例如反应谱法, 但是只能解决中小跨度桥梁的抗震问题, 对于大跨度则误差很大。随着对桥梁结构更加深入的研究, 一定会找到桥梁抗震最简便、最有效的研究方法, 这也需要学者及研究人员不懈的努力。

摘要：对近些年来在桥梁抗震设计中用到的主要的方法及这些设计方法的研究现状进行了介绍, 并且提出了这些方法的适应范围及优缺点, 以促进桥梁结构抗震的研究, 避免震灾带来的损失。

关键词：桥梁结构,反应谱法,时程分析法,随机振动法

参考文献

[1]王克海.桥梁抗震研究[M].北京:中国铁道出版社, 2007.

[2]范立础.桥梁抗震[M].上海:同济大学出版社, 1997.

[3]谢旭.桥梁结构地震响应分析与抗震设计[M].北京:人民交通出版社, 2005.

铁路减隔震桥梁轨道地震反应分析 第5篇

关键词：轨道约束,铁路减隔震桥梁,残余变形

铁路桥梁与建筑结构和公路桥梁不同,铁路桥梁有列车行驶的安全性和舒适性的要求,为了满足这一特别要求,铁路桥梁必须保证在地震动作用下结构的位移响应较小。由于对地震位移响应的要求,减隔震技术在铁路桥梁上的应用还不是很多。国内外学者通过对铁路减隔震桥梁的地震反应研究,验证了减隔震设计方法在铁路桥梁抗震设计中的应用[1,2,3],但是对轨道的地震反应研究还很不充分。本文以我国高速铁路客运专线上一座采用E型钢阻尼支座的32 m简支梁桥为对象,建立了桥梁结构的非线性计算模型,并进行地震反应分析,研究轨道约束对铁路减隔震桥梁地震反应的影响以及地震作用下钢轨的横向弯曲与残余变形,为铁路减震桥梁的抗震设计提供参考。

1 桥梁及计算模型

本文选取如图1所示的高速铁路减震桥梁为工程背景进行研究,上部结构为预应力混凝土简支箱梁。桥梁孔径布置为9×32 m,墩高10.5 m~42 m,采用E型钢阻尼构件组合作为减隔震支座。为分析轨道的约束效应及地震反应规律,采用MIDAS Civil建立了如图2所示的轨道—桥梁—减隔震支座的非线性计算模型,减隔震支座和轨道扣件采用双直线弹簧单元,钢轨采用双直线非线性梁单元模拟、主梁和桥墩用线弹性梁单元,全桥离散为1 532个梁单元和2 321个弹簧单元。

根据桥梁的实际设计参数采用如图3所示的双直线弹簧单元来模拟E型钢阻尼元件的力学性能,图3中Fy为屈服力,Fd为设计力,Dy为屈服位移,Dd为设计位移。本文所选取分析的支座屈服力为800 k N,屈服位移和设计位移分别为10 mm和100 mm。

在线桥一体化计算模型中,钢轨和箱梁之间的连接扣件采用弹簧单元来模拟,扣件弹簧的力学特性由道床阻力决定。道床阻力包括轨枕与道床间的摩擦阻力和轨枕盒内道砟抗推力。道床阻力与轨枕类型及道砟密实程度、材质、颗粒级配、道床断面形状等有关。对于无砟轨道来说,道床纵向阻力取扣件纵向阻力;有砟轨道除采用小阻力扣件地段外线路纵向阻力取道床纵向阻力,铺设小阻力扣件地段的道床纵向阻力取扣件纵向阻力,线路纵向阻力具有结构相关性及离散性[4]。根据国内外相关资料,道床纵向阻力—位移关系可采用如图4所示的理想弹塑计算模型,图4中Fμ为道床阻力系数,当轨道与道床的相对位移超过2 mm左右时阻力不再增加。本文参考文献[5]的研究成果,道床阻力系数取为20 k N/m。

2 输入地震波

本文非线性动力时程分析选用具有代表性的两条历史地震波作为地震动输入,分别为El Centro波和台湾集集地震波(TCU052)。为了便于对比分析,将两条地震波的加速度峰值均调整至0.3g,相当于设计地震烈度为8度。图5为两条地震波的加速度时程曲线,图6为峰值加速度调整为0.3g时的加速度反应谱曲线。

3 计算结果

3.1 轨道约束对墩底剪力的影响

本文分别以顺桥向和横桥向的结构地震响应为对象进行分析。图7给出了两条地震波作用下桥梁墩底剪力的地震响应。图7中水平轴为桥墩号,竖轴为未考虑轨道影响的墩底最大剪力与考虑轨道影响的结果之比。从计算结果可以看出,轨道约束对横桥向的墩底最大剪力影响较小,对顺桥向的墩底剪力影响较大,且对边跨的桥墩影响程度大于中跨桥墩。分析原因主要是因为钢轨与梁体的纵向连接刚度远远大于横向连接刚度。

3.2 轨道约束对支座变形的影响

图8给出了两条地震波作用下支座变形的地震响应。图8中水平轴为支座编号,竖轴为未考虑轨道影响的支座最大位移与考虑轨道影响的结果之比。从计算结果可以看出,轨道约束对支座横桥向变形的影响较小,对顺桥向变形的影响较大,且对边跨的桥墩影响程度大于中跨桥墩。同时可以看出,受桥墩高度的影响,轨道对不同桥墩处的支座位移影响规律略有差异。

3.3 震后轨道变形计算结果

考虑到震后轨道横向变形主要由轨道塑性变形及梁轨间的扣件残余变形引起,本文分别分析了扣件单元的力—位移和钢轨单元的弯矩—曲率的履历曲线。图9给出了地震作用下8号,9号支座间钢轨的M—Ψ曲线和扣件的F—Δ曲线。从图9中可以看出钢轨扣件产生了较大的位移并且进入了塑性工作状态,而钢轨单元则处于弹性工作状态。近场地震及远场地震对结构地震效应的影响相同。由此可见,震后钢轨的变形主要取决于扣件的力学特性。

4 结语

本文以高速铁路客运专线上采用E型钢阻尼构件组合作为减震支座的简支梁桥为对象,探讨了轨道约束对桥梁地震响应的影响,通过多条地震波输入时的计算结果分析,得到以下几点结论:

1)轨道约束对铁路减震桥梁横桥向地震响应的影响较小,对顺桥向地震响应的影响较大,对支座位移的影响要远远大于对墩底剪力的影响,距离桥台越近,影响程度越明显;2)地震后,钢轨扣件产生了较大的位移并且进入了塑性工作状态,而钢轨则处于弹性工作状态。震后钢轨的变形主要取决于扣件的残余变形,轨道变形在梁端最大,跨中几乎无变形,中跨桥墩处轨道变形大于边跨桥墩处轨道变形;3)不同地震波对桥梁结构的地震响应影响规律是不同的,结构的地震响应主要和自身自振特性以及地震波的加速度反应谱的卓越周期有关,在设计时,尽量使得结构自振周期避开地震波的卓越周期。

参考文献

[1]张骏,汤劲松.铁路简支梁桥支座的减震性能研究[J].石家庄铁道学院学报,2002(1):64-69.

[2]张骏,阎贵平.减隔震支座对梁式桥抗震性能的影响[J].中国公路学报,2002(1):41-46.

[3]赵伟,薛素铎,李雄彦,等.摩擦摆支座的滑道半径对结构隔震性能影响分析[Z].2007.

[4]中华人民共和国铁道部.铁路无缝线路设计规范报批终稿[S].

地震引发公路桥梁破损成因分析 第6篇

关键词：地震,桥梁破损,分析

1 前言

桥梁是交通运输中的关键性枢纽,是保障道路交通跨越江河、山谷或其他障碍的重要结构物,在现代社会和经济运行中起着至关重要的作用。研究桥梁结构在地震中破损的特点,分析造成破坏的原因,在桥梁设计和施工阶段采取应对措施,对桥梁作出正确的抗震设计,是具有实践价值和社会意义的。

2 桥梁震害的表现

2.1 上部结构坠毁

地震引起桥梁上部结构坠毁主要表现在:

(1)地震时,地面运动引起结构的振动,使桥梁的内力和变形大幅度地增加,远远超过其设计预期的强度,使结构无法抵御,从而可能导致桥梁上部结构破坏;

(2)地震造成梁端位移超出盖梁宽度导致落梁或梁体相互碰撞引起破坏;

(3)下部结构失效引起的落梁。

以上现象在2008年的四川汶川地震中均有发生,从梁体下落的形式看,主要为顺桥向的坠落,并伴随梁端撞击桥墩及基础,给下部结构带来破坏。如在2008年四川“5.12”地震中,中百花大桥一联5×20m箱梁上部结构整体跨塌;小鱼洞大桥垮塌成“W”形,整体掉入江河中,见图1。

2.2 支承连接件破坏

桥梁支座、伸缩缝、桥墩台纵横向档块等支承连接件是桥梁结构体系中抗震性能比较薄弱的部件,在破坏性地震中,支承连接件的震害现象较普遍。如图2所示。

2.3 桥梁下部结构损坏

桥梁下部结构损坏有桥梁墩柱的损伤、桥台的损伤、基础的损伤等。

对钢筋混凝土桥台和桥墩,破坏现象包括桥墩开裂、保护层混凝土剥落和纵向钢筋屈曲、柱式墩箍筋断裂等,见图3。严重的破坏现象包括墩台的推移、倒塌、断裂和倾斜。

3 桥梁破损成因及防治措施

一般来讲,引起桥梁结构破坏的主要原因有两种:地基失效引起的破坏和桥梁结构强烈震动引起的破坏。

3.1 地基失效引起的破坏

强烈地震时,地表裂缝、山体滑坡、软土震陷等,可使地基开裂、滑动、不均匀沉降等,进而丧失稳定性和承载力,使桥梁结构受到破坏。一些建在山区的桥梁也存在地震时被落石击中破坏的情况。

一般说来,桥梁震害在高烈度震区比低烈度震区重,岸坡滑移和地基失效处的桥梁震害比一般地基处严重。

在桥梁选址时,应尽量避开活动断层及其临近地段,避开危及桥梁结构安全、有可能滑坡或崩塌地段,避开有可能液化的软弱土层地段。如果无法避开上述地段,则应考虑对地基进行相应的处理。

3.2 桥梁受震引起的破坏

桥梁受震破坏是由于地震使桥梁产生水平和竖直振动,使桥梁的内力和变形大幅度地增加,造成桥梁构件的损坏,从而可能导致桥梁破坏甚至倒塌。此外,有些桥梁虽然在强度上能够承受地震的振动力,但由于桥梁上部、下部结构联结不牢,整体性差,往往会造成桥梁上下部结构之间产生过大的相对位移,从而导致桥梁破坏。

桥梁受震发生的破坏包括内因和外因两个方面:

(1)桥梁遭遇地震的强度远远超过设计预期的强度,使结构无法抵御的破坏,这是导致桥梁破坏的外因。

(2)在桥梁总体方案设计、细部构造设计、施工方法及施工质量上存在缺陷,如结构强度和延性不足、各构件之间连接不牢、总体布置和构造设计存在缺陷等等,这些是导致结构破坏的内因。

桥墩遭受破坏主要源于设计和构造两方面的缺陷:

(1)设计选择的墩台形式及构造尺寸所决定的墩台的总体强度、刚度存在不足,直接导致其抵抗地震力效应的潜力不够。

(2)构造缺陷,主要包括横系梁的设置原则比较模糊,多数未能按能力设计原则进行设计;墩柱横向约束箍筋直径通常较小,数量不足,间距过大,构造不规范,因而不足以约束混凝土和防止纵向受压钢筋屈曲。

此外,桩基础的损伤原因,还有上部结构传下来的惯性力所引起的桩基剪切、弯曲损伤,以及桩基深入稳定土层长度不够,桩顶与承台联结构造措施不足等。

4 改进设计建议

4.1 合理选择桥位

桥梁选址时应尽量绕避不良地质区,尽可能避开活动断层及其它不利地段和危险地段,对建在可能液化地基或软土地基上的桥梁,应对地基进行处理。

4.2 注重构造措施

根据经验,整体规则性好的桥梁结构、连续结构和直线桥梁在地震中状态较好。

从几何线形上看,弯桥或斜桥使地震反应复杂化,直线桥梁相对简单,而墩高不等则导致桥墩刚度变化,侧向力作用下刚度较大的桥墩最先破坏。

从结构布置上,上部结构是连续的,尽可能减少伸缩缝数量,可有效防止落梁,简支梁以及使用挂梁的桥梁,相对容易落梁,在地震区使用时应特别采取防止落梁的构造和装置。弹性支座布置在多个桥墩上(或阻尼装置),可把地震力分散到更多的桥墩承受(多跨连续梁通常宜考虑这种措施)。

4.3 抗震理念的更新

传统的强度设计方法,需要保证结构抗力大于预期可能发生的最大震动所能激起的最大弹性地震力,这种设计方法的抗震效果不佳,基于性能的抗震设计理念和延性抗震理论正逐渐体现其优越性而被推广。对地震区的新建工程严格按照国家有关抗震设计规范进行设防,为此而增加一些基建投资是值得的和必要的。

(1)桥梁抗震设计应同时考虑刚度、强度和延性,尤其注重提高结构的整体和钢筋混凝土桥墩的延性能力。

(2)重视采用减隔震的设计技术,提高桥梁的抗震性能。

(3)对复杂桥梁(如斜弯桥、高墩桥梁或桥墩刚度变化很大的桥梁),强调进行空间动力时程分析,为切实优化结构的总体与细节构造设计提供明确依据。

(4)重视桥梁支座的作用及其设计,同时充分考虑防止落梁装置的措施。

5 结语

地震具有突发性,不可控制也难以预见,对桥梁造成的损害也不可预估。地震中桥梁破坏,除了造成经济损失外,更重要的是由于交通中断而引起的救援困难,以及次生灾害的发生而带来的人民生命的危险。因此,在设计阶段重视桥梁的抗震设计非常必要。桥梁设计要强调能力设计原则,在满足抗震设防目标的前提下合理选择桥位,合理选择结构体系并注重构造措施,将地震引发的桥梁损害控制在合适的范围内。

参考文献

[1]李秀文.地震中大型桥梁的损害浅析[J].科协论坛,2010(7).

[2]唐国喜,傅香如,郑小燕.公路桥梁震害分析及对策[J].路基工程,2010(6).

高墩桥梁结构弹塑性地震反应分析 第7篇

桥梁结构在比较强的地震荷载作用下, 材料的应力-应变关系则进入弹塑性范围, 地震后结构产生一定的残余变形。当截面应力在地震时进入塑性范围时需要进行弹塑性设计。该方法允许结构在罕遇地震作用下进入弹塑性阶段, 可发生有限度的损伤, 利用材料和结构自身的弹塑性力学性能吸收和耗散地震能量, 依靠其良好的变形能力实现结构避免倒塌破坏的目的。它与弹性设计理论相比, 主要是通过提高结构极限变形能力的途径改善它的抗震性能。

1 约束混凝土的力学性能

在许多情况下, 无约束混凝土的极限压应变不足于保证桥墩塑性铰区具有设计预期的塑性转动能力。有约束混凝土里数量足够、配置合理的横向箍筋和纵向钢筋一起, 对核心混凝土起到约束, 并能够有效地限制混凝土的横向膨胀, 维持核心混凝土的完整, 提高核心混凝土的极限压应力, 阻止纵向受压钢筋可能出现的屈曲。最重要的是, 核心混凝土受压区在破坏之前, 能够维持较无约束混凝土高得多的压应变。因此, 常用约束混凝土的概念, 来设计钢筋混凝土延性桥墩。本文采用Mander等人提出的约束混凝土的应力-应变关系模式对桥墩截面的力学性能进行分析。

2 钢筋的应力-应变关系

根据低碳钢在拉伸荷载作用下的应力-应变曲线关系, 在结构计算中经常把钢筋的材料特性简化为三直线计算模型。该模型考虑了加载后期的材料强化行为, 而屈服至强化阶段之间的区段以平台段表示, 模型简明, 而且适合于模拟应变比较大时钢筋的应力-应变行为, 是目前钢筋混凝土截面计算中广泛采用的一种计算模型。

3 截面的恢复力模型

在进行弹塑性结构时程分析时, 结构屈服后要重新建立刚度矩阵, 因而需要建立结构力—变形的弹塑性关系 (非线性关系) , 即恢复力特性。本文程序中采用的武田三线性模型是依据较多的钢筋混凝土构件所得的恢复力特性抽象出来, 具有比较复杂的主次滞回规律。骨架曲线由三段折线组成, 即开裂前属于弹性阶段用第一段直线, 混凝土受拉开裂后用第二段直线, 纵向钢筋屈服后用第三段直线, 适用于梁柱构件或整体结构以弯曲破坏为主的情况。

4 某高墩大跨桥弹塑性时程反应分析

4.1 工程背景介绍

本文以漠谷河2号桥为工程背景, 漠谷河2号桥是西平线上重点桥梁, 西安至平凉线位于陕西省中西部和甘肃省东部。主桥采用 (54+3×90+54) m预应力混凝土刚构-连续组合梁, 中间2个桥墩和主梁固结, 其余两侧桥墩均设置支座。

4.2 弹塑性时程计算结果及分析

本文在对漠谷河2号桥建立模型时, 主要采用了梁单元、刚性单元、主从单元、弹簧单元, 主梁、桥墩及承台均采用梁单元模拟, 刚构墩与主梁之间的连接采用刚性单元模拟, 支座采用主从单元模拟, 地基变形的影响用位于桥墩底部的水平和转动弹簧模拟。采用桥梁专用有限元软件MI-DAS/Civil建立模型, 将全桥划分为372个节点和365个单元, 如图1所示, 其中5#墩、6#墩为刚构墩, 4#墩、7#墩为连续梁墩。本文采用Ritz向量法进行结构的振型分析。

在输入地震波加速度时, 考虑到此桥的重要性, 将各记录的峰值进行了调整, 使输入的水平加速度峰值为8度区的0.57g。将加速度峰值为0.57g的两条罕遇地震波分别进行顺桥向和横桥向两个方向的弹塑性时程分析, 以4#墩、5#墩为例, 计算结果见表1、2。

在加速度峰值为0.57g的罕遇地震作用下, 对该桥进行非线性时程反应分析, 由计算结果可见:

顺桥向:在elcentro波作用下, 4#、5#墩空心墩墩底截面进入开裂阶段, 为开裂未屈服, 6#墩空心墩墩底截面进入屈服阶段, 为屈服未破坏, 7#墩空心墩底在弹性范围内工作, 未进入塑性阶段, 5#、6#墩空心墩墩顶截面进入屈服阶段, 为屈服未破坏;在taft波作用下, 4#、6#墩空心墩墩底截面进入屈服阶段, 为屈服未破坏, 5#墩空心墩底截面进入开裂阶段, 为开裂未屈服, 7#墩空心墩墩底截面在弹性范围内工作, 未进入塑性阶段, 5#、6#墩空心墩墩顶截面进入屈服阶段, 为屈服未破坏。

横桥向:在elcentro波作用下, 4#、5#、6#、7#墩空心墩墩底截面进入屈服阶段, 为屈服未破坏;在taft波作用下, 4#、5#、6#、7#墩空心墩墩底截面计入开裂阶段, 为开裂未屈服。

5 结论

本章采用MIDAS/Civil对漠谷河2号大桥进行弹塑性时程分析计算, 按8度区水平加速度峰值为0.57g进行分析, 顺桥向, 刚构墩墩顶截面均进入屈服阶段, 墩底截面部分开裂, 部分屈服, 7#墩墩底截面在弹性阶段工作;横桥向, 各墩墩底截面在第一条地震波作用下, 均进入屈服阶段, 在第二条地震波作用下, 均进入开裂阶段。桥墩无破坏现象发生, 满足规范“大震不倒”的要求。

参考文献

[1]李国豪.桥梁结构稳定与振动[M].北京:中国铁道出版社, 2002.

[2]范立础, 胡世德, 叶爱君, 等.大跨度桥梁抗震设计[M].北京:人民交通出版社, 2001.

[3]李茜, 王克海.韦韩.高墩梁桥地震响应分析[M].地震工程与工程振动, 2006.

桥梁地震危险性分析的原理和方法 第8篇

1 桥梁地震中分析原理

地震是一种地球上较为频繁地质能量释放现象, 平均每年在地球上都会发生超过500多万次的地震现象, 这其中绝大部分都是人们无法轻易就能够察觉的微小地震, 人们能够较为清晰感受到的地震大约有5万次左右, 而能够对建筑结构带来较大危害的地震, 每年大概只有10几次, 一些地震等级超过7级的地震现象则较少。

1.1 震级

震级是指地震能量大小的等级, 目前通常采用里氏震级, 它是按外国地震学家提出的公式计算的:M=log A…… (1)

式中, A为用标准地震仪 (Wood-Anderson扭摆式地震仪, 摆的自振周期0.8s, 阻尼系数0.8, 放大倍率:2800) 在震中距100km处记录到的最大水平位移振幅 (um) 。当实际采用的是非标准地震仪式测点震中距并非100km时, 需对观测数据进行修正后才能用 (1) 式来确定地震震级。当发生地震时, 震源释放的能量 (E) 与震级 (M) 之间近似地遵从如下对数关系:log E=1.5M+11.8…… (2)

其中E的单位为10^7J.由 (1) 、 (2) 可见, 震级相差1级地面振幅约增加10倍, 而地震能量约相差32倍。式 (2) 还表明, 一次强烈地震所释放出的总能量是十分巨大的。例如一次7级地震相当于近30个两万吨原子弹的能量。

1.2 对桥梁造成破坏的种类

按照震级的大小, 可将地震分为以下四类:

(1) 小震:通常指震级为4级以下的地震

(2) 中强震:指震级为5-6级

(3) 强震:一般指7级以上的地震

(4) 特大地震:8级以上的地震

地震震级与其影响程度的初步概念是:小于2级的地震人们总觉不到, 称为微震;2-4级称为有感地震;5级以上的地震开始引起不同程度的破坏, 称强震;7级以上的地震称为大震, 会造成严重的破坏。

2 地震对桥梁的危害分析

桥梁在发生地震之后所主要遭受的破坏是来自于地表的应力对桥墩的破坏, 以及桥梁自身受到的振动破坏, 这其中主要是受到地表滑坡、砂石液化、岸坡滑移、应力破坏等。当地表出现地裂之后, 会导致桥梁的跨度出现缩短以及拉伸的现象, 严重情况下桥墩会直接坍塌、下沉。在一些较为陡峭区域以及土河岸等位置, 地震所引发的山体滚石、滑坡等现象会直接破坏桥梁。在一些浅层以及疏松的沙土位置, 地震灾害的出现, 极易导致沙土出现液化的现象, 使得桥梁出现不均匀的下沉或者突然下沉, 甚至使得桥梁失去支撑而直接倒塌。

提高桥梁抗震能力的措施有: (1) 首先要做好桥址选择和调查工作。除了解区域性的地震烈度外, 还应考虑局部地区地形、地貌、地质条件对桥梁震害的影响, 以便为采取抗震措施提供依据。 (2) 在发震、断裂地段及其邻近地段, 以及可能发生大规模滑坡、崩塌等不良地质地段, 建桥选址时应尽量避开。 (4) 桥梁震害常常发生在施工质量不良的薄弱环节, 确保工程质量也是抗震的一个重要技术措施。

3 桥梁地震中危险性处理方法

3.1 基于强度的设计方法

传统的桥梁抗震方法都是通过强度抗震设计的方式, 仅仅只把地震所产生的应力作为静荷载力来对桥梁自身的架构进行分析, 同时把桥梁结构自身构件的强度和刚度能够达到相应的极限值来作为这一结构失去效能的准则。该方式就现目前诸多桥梁在进行设计过程中所主要考虑的桥梁震中防御方式。

3.2 基于延性的设计方法

把桥梁自身结构在地震中所呈现出的弹性破坏特性作为切入点, 部分研究学者针对这一现象提出了基于桥梁地震中破坏延性的抗震设计。这一方式主要是利用桥梁在地震中所受到的地震系数, 通过对系数的反应谱进行修正, 并在分析的数据中加入桥梁弹性以及地震速度等方面的数值, 通过这一方式来反映出桥梁在地震中所必须的实际需求。例如国外所颁布的AASHTO桥梁设计规范制度中, 明确针对桥梁基础、支座、桥墩等方面的构件, 必须要利用不同的震中修正系数R来对桥梁弹性进行抵消, 通过这种方式所得出的桥梁抗震力在实际应用中能够体现出较为良好的效果。

3.3 基于性能的抗震设计

由于桥梁性能的抗震设计其本质都是对桥梁进行一体化的设计, 这其中的主要目的就是为了让桥梁在遭受到不同水平的地震反应之下, 其桥梁所反映出的性能能够完全符合桥梁预先设计的性能目标。之所以基于桥梁的性能来对桥梁抗震性能进行设计, 其主要目的就是为了让桥梁部分结构在地震破坏之下, 所造成的经济损失以及人员伤亡等都能够较好的控制在一定的范围之内, 并且保证桥梁在遭受地震破坏之后, 还能够保持功能长时间范围内正常使用。

基于桥梁自身性能来进行桥梁震中破坏预防的一个特性, 就是让桥梁在宏观角度定性的E标能够逐渐的向量化的多重载体进行过渡, 把桥梁震中破坏预防设计由人身基本安全转变成为桥梁能否在不同的地震等级下充分满足不同破坏预防性能的需要, 以此来利用多层级、多目标的桥梁震中破坏预防性能能够最大限度的保障人民自身的财产安全性, 使得桥梁自身的结构性能能够满足相关规定的指标。桥梁基于抗震设计内容的主要项目包括以下几个方面:科学合理的对桥梁在地震中的危险性进行定义和确定;保证桥梁在不同等级的证破坏之下的受损状态、性能、指标能够完全符合预先设计的数值;桥梁在进行设计的过程中, 必须要充分的考虑到承载力、位移、能量等多个方面的设计方式。

4 结论

综上所述, 人们对于桥梁在地震灾害特性之下所产生的破坏特性越来越熟悉的情况下, 已经能够利用桥梁在震中的具体反应来进行深入的研究, 促使桥梁能够在修建的过程中抵抗住地震所带来的破坏。桥梁的抗震设计方式也在从延性、强度等方面的设计转变成为了基于桥梁性能进行设计的历程, 而随着人们对于桥梁震中反应的计算越来越精确, 未来桥梁在进行设计的过程中, 必然能够极为有效的针对薄弱环节进行加强, 减少桥梁受到地震的破坏, 为地震区域的灾后救援工作提供顺畅的交通。

参考文献

[1]孙立, 霍立飞.城市桥梁地震反应中防碰撞措施分析[J].工业建筑, 2007 (S1) .[1]孙立, 霍立飞.城市桥梁地震反应中防碰撞措施分析[J].工业建筑, 2007 (S1) .

[2]李忠献, 岳福青.城市桥梁地震碰撞反应研究与发展[J].地震工程与工程振动, 2005 (4) .[2]李忠献, 岳福青.城市桥梁地震碰撞反应研究与发展[J].地震工程与工程振动, 2005 (4) .

桥梁地震 第9篇

关键词：建筑桥梁工程,防震

近年来, 国家越来越重视建筑物的防震水平, 对其的要求也越来越严格, 在地震强度6-10级的地域内对建筑物是要求有防震措施的, 自唐山大地震发生后, 国家对建筑物在防震方案的设计和场地的选择等方面, 在一些文件中都做出了具体且系统的要求。例汶川地震中, 建筑物的抗震等级为七级, 而地震强度却达到了十一级, 建筑物的坍塌是正常现象, 但由于在房屋的建造过程中, 建筑商的偷工减料, 是建筑物迅速坍塌, 造成了大量的财物损失, 因此, 防震措施在建筑物中的地位也是越来越重要。

一、桥梁被地震震害的原因分析

(1) 由于地壳的不断移动, 梁式桥梁的盖梁的宽度偏窄引起上部分桥梁的活动节点与落梁不断的摩擦、碰撞导致损坏, 而拱式桥梁却是拱上与拱腹的部分受到了破坏, 拱脚与拱顶处产生了裂缝, 更可能使整个拱变形。

(2) 在建筑桥梁时没有考虑到抗震级别的要求, 可能使支座受到损害。当与强大的地震力相互作用时, 对支座的要求较高, 由于支座的连接部位或者支座用材的不足等缺陷, 可能会使支座发生较为巨大的变化, 从而使螺丝弹出、压断或是使支座的活动部位脱落, 进而导致桥梁在地震力的传递过程中发生损坏。

(3) 有时可能是桥梁下部发生损坏, 该情况是因为桥梁的底部结构存在缺陷而使得难以承受自身的重量和支座传递的地震力发生形状的变化与裂纹, 使得整个桥梁受到损坏。

(4) 有种情况导致的后果极其严重, 那就是在松软的河边土地上建造桥梁, 地基不稳, 受到地震力时向河岸滑动, 桥台朝着河心移动。

二、桥梁工程防震方案探讨

1. 牢记桥梁抗震设计要遵循的原则

根据国家的抗震原则, 桥梁的设计防震程度应达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的标准, 设计者应明确这一标准。

第一, 防震体系的规则性及整体性原则。桥梁工程要减少因地震而损坏的现象, 首先结构要尽可能保证连续, 保证桥梁的整体结构, 来发挥桥梁的更大的作用。

第二, 多重的抗震结构设计原则。在一个多重抗震的桥梁结构体系中, 受到地震力时, 应该先有部分构件达到延性的极点, 充分吸收和消耗震力的能量, 然后是接二连三的多道防线, 该种结构可以使桥梁更加坚固, 在地震时, 减少对桥梁的毁损。

第三, 构件能力原则。构件能力是说建造桥梁时, 合理搭配使用延性构件和非弹性的构件与破坏模式不同的安全度、强度相结合, 就像我国采用的思想原则“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱”, 正是该原则的完美体现。

2. 进国外学习一些先进技术和思想

日本是一个频繁发生地震的国家, 自从发生关东地震以来, 日本政府一直在从地震中吸取教训, 总结经验, 研究各种桥梁的抗震方式, 完善了桥梁结构的标准, 对于先前建设的桥梁在优先维护的前提上, 实施了诸多的改善计划, 将桥梁全面的加固为一个整体结构。这点上, 我们应该积极向他们学习, 从思想, 技术和防患于未然的态度等方面。

3. 采用抗震的设计方法

简单易完成的抗震方法有:

(1) 采用隔离支座, 根据诸多的研究显示, 在桥梁的主要台、墩部位的连接处安装支座, 明显的减少了这两个部分的地震力, 同时这种方法也是现在普遍采用的一种有效的方法。

(2) 利用延性的桥墩, 该方法要求将一些桥梁的结构的设计有足够的延性, 受到地震力作用是, 桥梁的这些部分产生弹塑性的形变, 稳定的延性可以延长桥梁的结构周期, 消耗地震时的强大能量, 也起到了巨大的缓冲作用, 以免突然倒塌造成不必要的损失。

(3) 采用最新的减震结构, 采用型钢混凝土, 它的一大优点就是承载力比普通的混凝土高一倍多, 同时抗剪能力也很强大, 延性又高出钢筋混凝土很多, 拥有饱满的滞回曲线, 消耗地震力的能量也比普通混凝土的能力高, 这种混凝土在多方面展现去了超强的抗震能力, 同时也可以降低了造价, 节约了材料。

4. 积极采纳有效的建筑防震措施

首先, 合理的防震设计极为重要。

第一, 不仅要重视建筑设计的建筑远离, 防震设计也是更为重要, 同时设计师也对建筑结构提出了很高的防震能力的要求。地震主要是小, 中, 大三种程度的地震。通常情况下, 地震分为12度的烈度, 而6~10度的地域对防震设计的要求更高。在对于建筑的规划阶段, 对工程师的要求很高, 尤其是他们对建筑的基础结构、选址及当地的实际情况的了解。在设计建筑时, 工程师需要对自己的设计理念进行明确, 以及确定建筑物的抗震能力, 在建筑中, 体现他的抗震设计。对于建筑设计的整体规划除了数据设计之外, 对设计师的能力要求也很高。

第二, 根据抗震的新标准, 设计要灵活多变。新的标准强制性和功效都非常强, 但是不是所有设计都是按照标准来解决的。实际设计中, 我们运用概念设计, 来达到我们的目的。如抗风与抗震的设计结合, 抗震的设计必须能消耗外部的负荷, 以及吸收地震的能力, 抗风设计必须在风的作用力下, 使动力小一点, 而刚度却是影响整体结构体系的性能。为了弥补此缺点, 必须运用合理的构造来保证建筑物的构造。

第三, 注重场地与地震的共振。在建造楼房时, 由于房屋有自震周期, 遇到地震时, 地震的自身震感周期如果与房屋的自身的自震周期相同, 就产生共振, 加大了房屋坍塌的概率。在新标准中提到的振型与抗震周期的理念中, 要求设计师了解场地历来的抗震周期, 避免出现共振。

三、总结

地震的发生总是带来巨大的财物损失及人员伤亡, 我们应吸取教训来加强本国的防震设计, 房屋建筑都需要防震方面的提高。在经历的近几年的几次地震后, 希望能意识到防震的重要性, 提高房屋建筑的防震程度。

参考文献

[1]中华人民共和国国家标准.建筑结构可靠度设计统一标准 (GB50068-2001) [M].北京:中国建筑工业出版社, 2001.

[2]中华人民共和国国家标准.建筑工程抗震设防分类标准 (GB50233-2004) [M].北京:中国建筑工业出版社, 2004.

[3]中华人民共和国国家标准.建筑抗震设计规范 (GB50011-2001) [M].北京:中国建筑工业出版社, 2001.