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]现阶段公路桥梁设计及其抗震优化

本站     2019-10-16 8:39:08    

公路桥梁作为我国重要的交通基础设施,在促进城市建设和社会经济发展方面发挥着巨大作用。抗震设计是公路梁结构设计中重要考虑的内容,是确保公路桥梁各项使用功能得以正常发挥的重要保障,否则容易给后续公路桥梁使用埋下质量与安全隐患,甚至会造成人员伤亡,给社会带来经济损失。基于此,本文对公路桥梁设计及其抗震优化措施进行分析。 

1、公路桥梁梁抗震设计原则 

为了能够很好的公路桥梁抗震设计,在这当中首先就需要加强对于公路桥梁抗震设计原则的重视,并且在这个基础上采用科学合理的方式实施桥梁设计。首先对于前两设计需要确保其具有良好的计算简图以及科学化的地震传递方式;其次,公路桥梁结构需要具有一定的刚度和承载力,只有确保刚度以及承载力的有效分布,才能够防止局部产生削弱以及公路桥梁的薄弱部门产生突变;最后,公路桥梁还需要具备很好的承载力以及变形能力等。总之,只有确保能够根据这些原则来实施公路桥梁的抗震设计,才能够在一定意义上确保公路桥梁的抗震性能。 

2、公路桥梁结构的震害以及原因分析 

2.1桥梁上部结构的震害 

  结构的震害主要分为两种:移位震害和结构震害。移位震害是比较常见的。地震发生后,梁式桥会产生较大的移位,在有伸缩缝的位置会出现梁体横向移位、纵向移位和扭转。地震力会对桥梁的上部结构的各个节点造成损害,使梁体发生互相撞击,导致桥梁产生变形,通常表现为梁体隆起;当上部结构超过墩台的支撑面时,即梁体横向移位幅度过大,会出现落梁震害。主要原因是墩台的支撑宽度不够和限位构造不牢固,在外力的作用下,导致梁体与墩台产生相对移位,造成落梁。 

  2.2桥梁墩柱的震害 

  桥墩是桥梁结构最重要的承重构件,在地震中,桥墩一旦被破坏,会导致落梁或桥梁整梯坍塌。桥梁墩柱的震害主要表现为:桥墩的沉降、倾斜、移位;墩体开裂、剪断现象;钢筋混凝土受压崩裂、弯曲等。例如,汶川地震中,由于百花大桥桥墩抗弯能力不足,导致墩底保护混凝土的剥落。桥梁下部结构出现问题,主要是因为在桥梁设计和施工时,未考虑其抗震功能,或对墩柱强度和变形性考虑不足,不能承受大强度的地震力。 

  2.3附属工程的震害 

  这类震害,通常发生在桥梁的主梁与下部墩柱以及桥台连接处都是最为脆弱的部位。在受到地震力的影响下,如果附属工程没有一定的限位承受力就容易产生震害现象,其主要表现为挡块碰撞破坏、伸缩缝拉断、支座脱离主梁、台胸墙剪断等。 

  2.4地基基础的震害 

  桥梁地基会在地震力的作用下出现地基沙化松软、沉降不均、稳定性差等状况,直接导致地基的下沉、断裂等震害。  

3、公路桥梁抗震设计要点 

3.1公路桥梁设计的要点 

  公路桥梁设计要遵循耐久性、适用性、安全性和经济性的原则。在桥梁抗震设计中,要综合考虑多个设计要点,对桥梁的抗震结构和震力进行分析,合理设计桥梁,让桥梁结构满足强度、延性、经济等多个指标,加固桥梁结构的薄弱部位,减少震害的发生。 

  3.2提高结构和构件的强度和延性 

  由于地震时会造成桥梁结构和构件周期反复变形,不能只注重强度而忽视延性。抗震设计要尽量减小地基传入桥梁结构的地震力。根据随机地震反映理论和动力理论,使地基传入桥梁结构的震力尽可能的小,保证结构具有恰当的强度和延性,研究结构延性和强度最恰当的比例,防治不能容忍的破坏、强度则是有利控制结构变形。 

  3.3桥梁的减震、隔震设计 

  桥梁的减震、隔震设计是提高桥梁抗震能力的有效手段,具有简单、先进、经济的特点。减隔震支座的设计装置使结构消耗的能量较小,也增加了结构的振型周期,降低地震时的震波频率,使桥梁结构受损程度降低,桥梁上部结构震后可复位,减少了经济损失。 

4、桥梁抗震优化措施 

4.1桥梁上部架构抗震设计优化 

  落梁震害非常常见,实践证明加强桥梁上部架构的整体性,限制其移位,是提高桥梁上部结构抗震能力的有效措施。提高上部结构抗震能力的措施有:(1)在梁底部加焊钢板,或采用纵横约束装置限制梁的移位,如拉杆、钢筋混凝土挡块等;上下部结构链接多用锚栓,且锚栓要有足够的强度;(2)梁端至墩台帽或盖梁边缘距离以及挂梁与悬臂的搭接长度必须满足地震移位要求;(3)桥梁跨度较大时,要采用连续梁代替简支梁,以减少伸缩缝,且宜采用箱式截面等。总体来说,加强上部结构的整体性,是提高桥梁上部结构抗震能力的有效方式。 

  4.2桥梁下部结构抗震设计优化 

  随着科技的发展,公路桥梁墩柱形式更倾向于轻盈美观、经济实用。国内的桥墩的主要形式有圆柱形、花瓶墩形和方形等。针对桥墩抗震设计研究主要有2种设计理念:

(1)塑形强化设计;

(2)依靠减隔震体系进行耗能,采用减隔震支座,依靠支座变形耗散地震能量,下部结构按照弹性理论进行设计。经研究发现,在地震强度不同的区域采用不同的设计理念是较为经济合理的方式。高厚比较小的墩柱,在低度抗震设防烈度区域,建议采用刚性设计理念,即塑形强化;对于高度抗震区域,桥墩设计需要采用减隔震措施进行抗震耗能设计。对于高厚比较大的桥墩,建议直接采用延性设计理念。此外,桥梁支座的选择也非常重要,要根据实际情况、注意水平受力的分担,选择合适的支座类型。总体来说,抗震设计要遵循均衡的原则,结合上部结构,经济实用等具体情况,对墩柱、支座优化选择。 

  4.3引进新型桥梁的抗震设计方法 

  在以往的桥梁结构抗震设计中,我们主要采用提高结构强度和增强结构延性的方法来保障桥梁结构抗震能力。但是这种方法在实际应用中有一定的局限性,由于地震的影响力与桥梁的抗震能力都是未知的,因此,当地震发生时,桥梁依然受到了损害。所以,引进新型的桥梁抗震设计法势在必行。现阶段,在桥梁结构设计中我们开始采用型钢混凝土结构,这种型钢混凝土结构具有承载能力强、抗剪能力强、延性强的特点,因此,逐渐被广泛应用。 

  

  总而言之,公路桥梁工程作为我国一种重要的交通基础设施,是区域之间联系的“大动脉”,其安全性和稳定性直接关乎我国交通运输业的发展。为了有效提升公路桥梁整体结构的抗震性能,必须要在充分意识公路桥梁设计原则的基础上,结合现场施工实际情况,采取科学、合理的隔震设计理念和方法,做好主体结构和细部结构的隔震设计,从而不断提升我国公路桥梁工程的整体质量。


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