高墩桥梁抗震设计.docVIP

精品论文 参考文献 高墩桥梁抗震设计 张勇1 李彦滨2 方海燕1 　　1.中钢设备有限公司 北京 100080；2.北京市市政专业设计院股份公司 北京 1000037 　　摘要：本文结合高墩桥梁自身特点及其在世界各大地震中的震害情况，详细阐述了山区高墩桥梁的抗震概念设计及抗震计算等内容，同时提出了必要的抗震构造措施，为山区高墩桥梁的抗震设计提供了有益的参考。 　　关键词：高墩桥梁；震害特点；概念设计；抗震计算；抗震措施 　　引言 　　由于地形复杂程度不同，以及公路、铁路基础设施建设要求不同，我国公路、铁路基础设施建设不得不采用许多高墩甚至超高墩桥梁，以跨越河谷和深沟。据不完全统计：我国已建成的墩高超过100米的仅刚构桥梁已近40座，居世界第一。在我国西部地区已建或在建的公路、铁路桥梁中，墩高超过40米的高墩桥梁占桥梁总数的40%以上。表1列出了近年来国内已建成的部分高墩桥梁[1]。今后，高墩桥梁的应用将越来越多。 　　表1 部分百米高墩大跨连续刚构桥 　　对于绵延数千公里的公路、铁路线，是联系区域经济的大动脉，也是抗震救灾的生命线[2]。高墩梁桥墩身重量较大，墩顶主要承受桥跨荷载，这种桥梁结构是抗震不利的结构体系，主要是因为较大的墩顶在发生地震时容易发生位移且支座也很容易破坏，严重时甚至会引起落梁。此外，高墩桥梁受震害后修复困难，影响地震后生命线的畅通，将给地震区带来严重的第二次灾害。因此，在高墩桥梁设计过程中，要将抗震因素考虑进去。 　　1高墩桥梁震害特点 　　总结世界各大地震及汶川大地震的震害[3]，山区高墩桥梁震害总体上具有以下特点： 　　（1）在桥梁选址方面，近场地震的破坏性较大，且地震造成的次生地质灾害巨大。 　　（2）不规则线形的弯桥和斜桥等桥型在地震中的损毁要比直线桥严重。 　　（3）整体性差的桥梁，如简支梁桥，容易发生整体垮塌、落梁事故。 　　具体震害形式表现为： 　　（1）上部结构震害。上部结构自身震害很少见，常见的有梁体移位和结构碰撞。移位震害一般发生在伸缩缝处，主要有纵向、横向和扭转移位；梁体纵向移位过大可导致梁跨整体落梁。 　　（2）下部结构震害。下部结构震害主要有桥墩破坏、框架墩盖梁及节点破坏和桥台破坏。在历次地震中，桥墩破坏主要表现为弯曲破坏，也有剪切破坏发生。以弯曲破坏为主的桥墩，多见墩身混凝土开裂、破碎，主要受力钢筋弯曲，墩身塑性变形较大，但均不会导致结构倒塌；以剪切破坏为主的桥墩，多见墩身发生很大的塑性变形导致墩身失效，甚至造成结构垮塌。框架墩盖梁的破坏多是弯曲破坏，但是其节点处多发生剪切破坏；桥台破坏在历次大地震中较常见，多表现为台身与上部梁体端部之间的碰撞及桥台整体滑移、倾斜等形式。 　　（3）支承连接部位震害。支撑连接部位震害主要表现为支座破坏。对于固定支座，多见支座构件及支座与结构之间的连接、锚固构件的破坏失效。对于活动支座，多见其位移量超出允许范围而导致支座失效。 　　（4）基础及承台震害。高墩桥梁多采用桩基础，基础震害的主要表现为由地基失效、上部结构传下来的惯性力等引起的桩基剪切、弯曲破坏。承台破坏主要表现为与桩顶的连接失效。 　　2高墩桥梁抗震概念设计 　　抗震概念设计[4]是指以抗震基本设计原则和思想为基础，以工程概念为依据，用符合工程本质和客观规律的方法对一些难以在计算或规范中做出具体规定的问题进行分析做出判断，从而采取相应的措施对设计对象进行宏观调控。自20世纪70年代以来，人们总结历次抗震经验时发现在结构抗震设计中。概念设计在很大程度上决定着抗震设计的科学性和合理性，在实际工程中的重要性大于计算设计。抗震概念设计[5]主要包括工程结构的总体布局和细部构造。对桥梁来说，抗震概念设计包括桥梁位置选择、桥梁上下部结构选择、桥梁选型及桥梁连接件、配筋方式等细部构造的选择。 　　2.1桥梁位置 　　高墩桥梁设计时往往需要考虑一些非抗震因素的影响，如地形地貌、交通流量等都对桥宽、桥长、平竖曲线等产生制约，此类因素在设计时通常是无法调整的。而作为桥梁结构地震响应的主要影响因素之一，桥梁的形式可根据工程实际灵活地选择。山区高墩桥梁一般是设在平竖曲线半径相对较小弯道较多的地方，桥梁多为变墩高的曲线桥，结构较为复杂，极不规则。 　　2.2桥梁整体结构 　　桥梁整体结构对桥梁的质量和效益有直接影响，山区高墩桥梁在受到地震影响后常会出现较大位移，而造成这一问题的主要原因是桥梁刚度和质量不平衡。山区桥梁由于山谷两侧的山体坡度大，桥梁的墩高差异较大，易造成相邻两桥墩的刚度大小不一。当地震发生时，各桥墩之间的水平地震力无法均匀分配。刚度较大的桥墩承载的力更多，而当刚度扭转中心发生偏移时，桥梁的上下部结构就会出现水平转动，导致桥梁被破坏的几率增加。等墩高、等跨度、等桥面宽度及简支