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現階段公路橋梁設計及其抗震優(yōu)化
公路橋梁作為我國重要的交通基礎設施,在促進(jìn)城市建設和社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展方面發(fā)揮著(zhù)巨大作用??拐鹪O計是公路梁結構設計中重要考慮的內容,是確保公路橋梁各項使用功能得以正常發(fā)揮的重要保障,否則容易給后續公路橋梁使用埋下質(zhì)量與安全隱患,甚至會(huì )造成人員傷亡,給社會(huì )帶來(lái)巨大經(jīng)濟損失?;诖?,本文對公路橋梁設計及其抗震優(yōu)化措施進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。
公路橋梁抗震設計原則
公路橋梁結構的震害以及原因分析
公路橋梁結構的震害主要分為:上部結構的移位震害、下部結構的結構震害、附屬工程的震害以及地基基礎的震害。
(1) 移位震害在預制梁橋中比較常見(jiàn)。地震發(fā)生后,梁式橋會(huì )產(chǎn)生較大的移位,在伸縮縫的位置會(huì )出現梁體橫向移位、縱向移位和扭轉。地震力會(huì )對橋梁的上部結構的各個(gè)節點(diǎn)造成損害,使梁體發(fā)生互相撞擊,導致橋梁產(chǎn)生變形,通常表現為梁體隆起;當上部結構超過(guò)墩臺的支撐面時(shí),即梁體橫向移位幅度過(guò)大,會(huì )出現落梁震害。主要原因是墩臺的支撐寬度不夠和限位構造不牢固,在外力的作用下,導致梁體與墩臺產(chǎn)生相對移位,造成落梁。
(2) 下部結構的結構震害主要體現在墩柱部位,橋墩是橋梁結構最重要的承重構件,在地震中,橋墩一旦被破壞,會(huì )導致落梁或橋梁整體坍塌。墩柱的結構震害主要表現為:橋墩的沉降、傾斜、移位;墩體開(kāi)裂、剪斷現象;鋼筋混凝土受壓崩裂、彎曲等。例如,汶川地震中,大多數橋梁橋墩抗彎能力不足,導致墩底保護混凝土的剝落。橋梁下部結構出現問(wèn)題,主要是因為在橋梁設計和施工時(shí),考慮其抗震等級較低,或對墩柱強度和變形性考慮不足,不能承受大強度的地震力。
(3) 橋梁附屬構件在受到地震力的影響下,如果附屬工程沒(méi)有一定的限位承受力就容易產(chǎn)生震害現象,其主要表現為擋塊碰撞破壞、伸縮縫拉斷、支座脫離主梁、臺胸墻剪斷等。
(4) 橋梁地基會(huì )在地震力的作用下出現地基沙化松軟、沉降不均、穩定性差等狀況,直接導致地基的下沉、斷裂等震害。
公路橋梁設計的要點(diǎn)
公路橋梁設計要遵循耐久性、適用性、安全性和經(jīng)濟性的原則。在橋梁抗震設計中,要綜合考慮多個(gè)設計要點(diǎn),對橋梁的抗震結構和震力進(jìn)行分析,合理設計橋梁,讓橋梁結構滿(mǎn)足強度、延性、變形等多個(gè)指標,加固橋梁結構的薄弱部位,減少震害的發(fā)生。
提高結構和構件的強度和延性
由于地震時(shí)會(huì )造成橋梁結構和構件周期反復變形,不能只注重強度而忽視延性??拐鹪O計要盡量減小地基傳入橋梁結構的地震力。根據隨機地震反映理論和動(dòng)力理論,使地基傳入橋梁結構的震力盡可能的小,保證結構具有恰當的強度和延性,研究結構延性和強度最恰當的比例,防治不能容忍的破壞、強度則是有利控制結構變形。
橋梁的減震、隔震設計
橋梁的減震、隔震設計是提高橋梁抗震能力的有效手段,具有簡(jiǎn)單、先進(jìn)、經(jīng)濟的特點(diǎn)。減隔震支座的設計裝置使結構消耗的能量較小,也增加了結構的振型周期,降低地震時(shí)的震波頻率,使橋梁結構受損程度降低,橋梁上部結構震后可復位,減少了經(jīng)濟損失。
橋梁上部架構抗震設計優(yōu)化
落梁震害非常常見(jiàn)的一種震害類(lèi)型,實(shí)踐證明加強橋梁上部架構的整體性,限制其移位,是提高橋梁上部結構抗震能力的有效措施。提高上部結構抗震能力的主要措施有:(1)在梁底部加焊鋼板,或采用縱橫約束裝置限制梁的移位,如拉桿、鋼筋混凝土擋塊等;上下部結構鏈接多用錨栓,且錨栓要有足夠的強度;(2)梁端至墩臺帽或蓋梁邊緣距離以及掛梁與懸臂的搭接長(cháng)度必須滿(mǎn)足地震移位要求;(3)橋梁跨度較大時(shí),要采用連續梁代替簡(jiǎn)支梁,以減少伸縮縫,且宜采用箱式截面等??傮w來(lái)說(shuō),加強上部結構的整體性,是提高橋梁上部結構抗震能力的有效方式。
橋梁下部結構抗震設計優(yōu)化
隨著(zhù)科技的發(fā)展,公路橋梁墩柱形式更傾向于輕盈美觀(guān)、經(jīng)濟實(shí)用。國內的橋墩的主要形式有圓柱形、花瓶墩形和方形等。針對橋墩抗震設計研究主要有2種設計理念:(1)塑形強化設計;(2)依靠減隔震體系進(jìn)行耗能,采用減隔震支座,依靠支座變形耗散地震能量,下部結構按照彈性理論進(jìn)行設計。經(jīng)研究發(fā)現,在地震強度不同的區域采用不同的設計理念是較為經(jīng)濟合理的方式。高厚比較小的墩柱,在低度抗震設防烈度區域,建議采用剛性設計理念,即塑形強化;對于高度抗震區域,橋墩設計需要采用減隔震措施進(jìn)行抗震耗能設計。對于高厚比較大的橋墩,建議直接采用延性設計理念。此外,橋梁支座的選擇也非常重要,要根據實(shí)際情況、注意水平受力的分擔,選擇合適的支座類(lèi)型??傮w來(lái)說(shuō),抗震設計要遵循均衡的原則,結合上部結構,經(jīng)濟實(shí)用等具體情況,對墩柱、支座優(yōu)化選擇。
引進(jìn)新型橋梁的抗震設計方法
在以往的橋梁結構抗震設計中,我們主要采用提高結構強度和增強結構延性的方法來(lái)保障橋梁結構抗震能力。但是這種方法在實(shí)際應用中有一定的局限性,由于地震的影響力與橋梁的抗震能力都是未知的,因此,當地震發(fā)生時(shí),橋梁依然受到了損害。所以,引進(jìn)新型的橋梁抗震設計方法勢在必行?,F階段,在橋梁結構設計中已經(jīng)有部分單位開(kāi)始采用型鋼混凝土結構,這種型鋼混凝土結構具有承載能力強、抗剪能力強、延性強的特點(diǎn)。
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