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地震又稱地動、地振動,是地殼快速釋放能量過程中造成的振動,期間會產生地震波的一種自然現象。
地震動是地震與結構抗震之間的橋梁,是工程地震研究的主要內容,也是結構抗震設防時必須考慮的問題。
為適應現代社會對交通運輸發展的需要,世界上已經和正在建造越來越多的公路或公鐵兩用橋梁。隨著橋梁跨徑的不斷增長,汽車和列車運行速度的不斷加快,車流密度的日益增加以及車輛軸重的逐漸加大,應對在地震作用下的保證橋梁的安全問題也成了橋建造方與設計方所需要考慮的問題。
橋梁震害現象分析
二十世紀七十年代以來,國內外了發生過一系列較大的地震,有許多橋梁遭受了不同程度的破壞。通過對這些震例進行調查研究,分析橋梁結構的抗震性能、震害特點及產生原因,可以總結出以下幾點:
1.1地基與基礎破壞。地基破壞主要是指因砂土液化、不均勻沉降及穩定性不夠等因素引起的地層水平滑移,下沉、斷裂,進而導致結構物的破壞,震害較重。基礎的破壞與地基的破壞緊密相關,當結構周圍的地基受到地震作用強度降低時,基礎就會發生沉降或滑移,樁基礎可能發生剪斷、傾斜破壞,進而引起墩臺傾斜、倒塌或折斷。
1.2橋臺沉陷。當地震作用下,由于橋臺后填土與橋臺并非完全固結,橋臺填土的縱向土壓力增大,橋梁與橋臺之間的沖撞會產生相當大的被動土壓力,使橋臺有向橋跨方向移動的趨勢。由于橋面的支撐作用,橋臺將以橋臺頂端為支點產生豎向旋轉,從而導致基礎破壞。論文檢測。若橋臺基礎建造在液化土上,則可能引起橋臺垂直沉陷, 最終導致橋臺因承受過大的扭矩而破壞。
1.3墩柱破壞。墩柱破壞主要包括彎曲強度不足、彎曲延性不足、縱筋搭接區的抗彎能力以及剪切強度不足等。墩柱的破壞往往引起連鎖反應,如落梁、整個結構的倒塌等。
1.4支座破壞。在地震力的作用下,如果上、下部結構的相對位移過大可能造成支座錨固螺栓拔出、剪斷,活動支座脫落及支座本身構造上的破壞等,導致結構力傳遞形式的變化,進而對結構的其他部位產生不利的影響。
1.5落梁破壞。支撐連接構件失效后,上、下部結構的相對位移進一步加大,相鄰梁體發生相互沖擊,造成撞擊破壞甚至落梁的發生。
1.6節點破壞。節點區域鋼筋大量相交,連接節點在地震荷載和重力荷載的作用下處于復雜而又變化的應力狀態,常導致節點區域混凝土的壓碎和錨固筋的破壞。
1.7蓋梁破壞。蓋梁的破壞形式主要表現為抗剪強度不足或錨固筋不能滿足抗拉要求,引起錨固端破壞。
橋梁進行隔震設計的好處和重要性
1.1 橋梁隔震設計的重要性
橋梁設計中的隔震設計指的是在橋梁建設時安裝隔震器,它可以使橋梁在水平方向上得到柔性支承,這樣就使水平方向上的周期延長,另外還要安裝阻尼器來,這樣做是為了提高橋梁的阻尼效應,可以再地震發生時降低地震的作用。
近些年,國外一些發達國際在橋梁的隔震設計方面加強了研究取得了很多重大的突破。但我國在這些方面還比較落后,研究還處于初級階段且缺乏系統性,主要一些方法大多采用國外的研究經驗和成果。
1.2 橋梁隔震設計的好處
在橋梁的設計中加強隔震設計,可以有效地改善和分解地震后的地震力在各結構支座間力的分布情況,這樣可以保護橋梁的基礎部位,同時對橋梁的上部結構可以有效地支撐和保護。
在橋梁設計中的相關隔震設計可起到調節橫向剛度的作用,這樣可以改善橋梁結構扭轉平衡的問題,有效地降低了地震力。
在橋梁設計中的上部結構時,采用隔震減少甚至消除地震后橋梁的上下部結構出現的超出建設彈性范圍的現象, 防止超出彈性范圍后局部部位發生變形。
在橋梁設計中進行隔震系統的設計,可以取得比普通抗震設計更好的抗震效能,這樣就在不增加工程造價的情況下,還提高了工程的質量。
在橋梁的隔震設計中采用的隔震支座若在正常使用條件下,由于溫度的變化或者其它的形變而發生變化,它們的形變相對也較小,這樣就能為城市建設中高架橋梁設計中多跨連續梁橋的采用,即減小伸縮縫的使用提供了方便。
與那些未采用隔震設計的橋梁相比較,采用了隔震設計的橋梁可以在經歷了較大的地震后,較容易地更換隔震設計和裝置,且維修的時間相對較短,維修的費用也相對較低。
抗震概念設計
“小震不壞,中震可修,大震不倒”的分類設防抗震設計思想已廣為接受,而能力設計思想也越來越廣泛地被國內外專家學者所接受。能力設計思想要求在一座橋梁內部建立合理的強度級配,以保證地震破壞只發生在預定的部位,而且是可控制的。具體來說,要選擇理想的塑性鉸位置并進行仔細的配筋設計以保證其延性抗震能力;而不利的塑性鉸位置或破壞機制(脆性破壞)則要通過提供足夠的強度加以避免。
大跨度橋梁的抗震設計應分兩階段進行:
1)在方案設計階段進行抗震概念設計,選擇一個較理想的抗震結構體系;
2)在初步或技術設計階段進行延性抗震設計,并根據能力設計思想進行抗震能力驗算,必要時進行減、隔震設計提高結構的抗震能力。
提高橋梁抗震性能的幾點方法
抗震理念應該貫穿在整個橋梁的設計過程中,從設計方案開始注重橋梁的抗震性能,通過反復的實驗和推敲來確定橋梁方案。
實用的抗震方法,是通過增加結構的柔性來延長結構的自振周期,這樣一來可以增加結構的阻尼并減小地震載荷,二來可以減小地震所引起的結構反應,實質就是減小地震的危害。
目前來說,比較有效和容易實現的提高橋梁的抗震性能的方法有如下幾種。
1、隔震支座法
隔震支座法是在抗震應用的較為廣泛的方法。這種方法是通過增加結構的柔性和阻尼來減小橋梁的地震反應的。具體做法是采用減、隔震支座在梁體與墩、臺的連接處,通過設計或是應用新材料來實現結構柔性和阻尼的增加。這個方法是有大量的實驗理論依據作支撐的,很多試驗的分析結果都反映出橋梁連接處的結構與對地震的反應是有著直接關系的。以上的連接方法可以有效的減小墩、臺所受的水平地震力,從根本上減小了地震的影響,提高了橋梁的抗震性能。
2、利用橋墩延性
橋墩的延性是抗震設計中可以加以利用的特點。由于橋墩自身是具有延性的,將這一性質加強。在強震時,這些部位形成的穩定延性塑性鉸可以產生彈塑性變形,這樣變形將延長結構的周期同時耗散地震的能量。利用橋墩自身加強的延性,將地震力通過限度內的塑性變形漸漸分散,是在橋梁設計中比較容易實現的抗震方法。延性的抗震設計,需要根據彈性反應來計算塑性變形的程度,然后根據抗震等級進行修正,盡可能提高橋梁的抗震載荷。在橋梁的抗震設計規范中,綜合影響系數用來反映塑性變形程度,所以根據綜合系數可以知道橋梁的抗震能力。
3、采用隔震支座和阻尼器相結合的系統
隔震支座法可以提高橋梁的抗震性能,增加對地震力的阻尼也是提高橋梁性能的方法,將二者結合起來,抗震性能加倍。隔震支座和阻尼器可以在地震的作用下,加強橋墩的彈塑性變形從而耗散地震能量,使地震的危害減小,也就是加強了橋梁的抗震性。
4、引進新型橋梁的抗震設計方法
在傳統的橋梁抗震設計中,主要方法是用“蠻力”,也就是通過提高強度和增強延性來保證可以抵御地震的能力,自身的力比地震的力大時,當然可以巋然不動。但是這種方法應用在實際中時,其抗震能力是不得而知的,而地震的作用也是無法預知的。當兩個未知因素,在實際的情況時發生,與人們所期待的結果相反,橋梁自然遭到損害了,這樣的例子在實際中是很多的。新型的橋梁設計多采用型鋼混凝土結構,這種結構與傳統的混凝土結構有著很多先進之處。因為型鋼混凝土結構的承載能力高于同樣外形的鋼筋混凝土的一倍以上,而且前者抗剪能力、延性都明顯的高于后者,這樣抗震能力自然得到提到。除此之外,新型的型鋼混凝土結構能夠吸收、隔離和耗散地震能量,將橋梁的地震反應減小,從而避免了較大的變形造成的不可恢復的變形。這樣的結構不但提高了橋梁結構的安全度,而且還可以節約材料、降低造價,可以說是首選的抗震方法。
橋梁結構抗震設計是橋梁設計中的重要環節,在當前我國的高速公路、鐵路正處在大規模建設之際,橋梁結構的安全問題更不容忽視。在橋梁設計中需采取一系列有效的抗震措施,有助于提高和完善橋梁的安全性、耐久性。
最后,希望在四川和新疆的小伙伴們注意安全!一切都好!!
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