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      關(guān)于橋梁工程抗震設(shè)計的科學(xué)研究

      2011-12-20 03:49:24韓稀桐
      城市建設(shè)理論研究 2011年23期
      關(guān)鍵詞:鉛芯延性橋梁工程

      韓稀桐

      內(nèi)容摘要 橋梁工程是交通網(wǎng)絡(luò)的一個重要環(huán)節(jié),因此加大對橋梁工程抗震的研究就顯得尤為重要,也成為了當(dāng)前的熱點(diǎn)問題。抗震設(shè)計就是抗震設(shè)計以及工程經(jīng)驗(yàn)來獲得基本設(shè)計原則和設(shè)計思想,從而能正確的解決結(jié)構(gòu)總體方案、材料的使用,最終達(dá)到合理抗震的目的。文章將從橋梁抗震概念設(shè)計、等幾個方面進(jìn)行分析,為今后橋梁設(shè)計起到科學(xué)的借鑒作用。 關(guān)鍵詞 橋梁工程抗震設(shè)計結(jié)構(gòu)

      一、對橋梁震害的概述

      近幾十年來,在全球發(fā)生了多次大地震,這就說明橋梁工程作為抗震防災(zāi)、危機(jī)管理系統(tǒng)的重要組成部分,在地震中必將受到嚴(yán)重的破壞。一旦橋梁在地震中受到破壞,就會使地震產(chǎn)生的次生災(zāi)害進(jìn)一步加重,也給災(zāi)后重建工作帶來極大的困難。橋梁是重要的社會基礎(chǔ)設(shè)施,提高橋梁的抗震性能是減輕地震損失、加強(qiáng)區(qū)域安全的基本措施之一。

      二、橋梁工程抗震設(shè)計原則

      抗震設(shè)計要求的是設(shè)計出來的結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、剛度和延性等指標(biāo)上有最佳的組合,并最終達(dá)到經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)防的目標(biāo)。因此,就需要橋梁設(shè)計工程師們具有豐富的經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)造力,并深入的了解對結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)有重要影響的基本要素,而不僅僅是按規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行??拐鹪O(shè)計在遵循的一些基本原則的基礎(chǔ)上,還要結(jié)合著歷次的橋梁震害教訓(xùn)和當(dāng)前公認(rèn)的理論認(rèn)識。

      (一)體系的整體性和規(guī)則性

      橋梁的整體設(shè)計性要好,上部結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能是連續(xù)的。較好的整體性是結(jié)構(gòu)發(fā)揮空間作用的基本條件,同時也能防止結(jié)構(gòu)構(gòu)件及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震時被震散掉落??傊?,無論是在平面還是在立面上,結(jié)構(gòu)的布置都要力求使幾何尺寸、質(zhì)量和剛度均勻、對稱,以免突然出現(xiàn)變化。

      (二)場地選擇

      橋梁工程抗震設(shè)計所選擇的場地應(yīng)該考慮一個地區(qū)內(nèi)的場地選擇,可以根據(jù)地震危險性來具體選擇一個比較安全的廠址。此外,為了避免地震時可能發(fā)生地基失效的松軟場地,必須選擇堅硬場地。

      (三)能力設(shè)計原則

      能力設(shè)計思想所強(qiáng)調(diào)的是強(qiáng)度安全度差異,也就是在不同構(gòu)件和不同破壞模式之間確立不同的強(qiáng)度安全度。強(qiáng)度及安全度之間存在著差異,因此要確保結(jié)構(gòu)在大地震下以延性形式反應(yīng),不發(fā)生脆性的破壞模式。過去的建筑抗震設(shè)計中,通常采用的是“強(qiáng)柱弱梁,強(qiáng)剪弱彎,強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計思想。

      (四)提高結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的強(qiáng)度和延性

      橋梁結(jié)構(gòu)的地震破壞主要來源于地震動引起的結(jié)構(gòu)振動,抗震設(shè)計應(yīng)該使從地基傳入結(jié)構(gòu)的振動能量為最小,防止破壞。此外,在不改變剛度的前提下,采用提高總體強(qiáng)度和延性是兩個有效的抗震途徑。地震還可能造成結(jié)構(gòu)和構(gòu)件周期反復(fù)變形,這樣就會使其剛度與強(qiáng)度逐漸退化,所以要重視起延性。

      三、橋梁減隔震技術(shù)

      (一)減隔震技術(shù)的概念和發(fā)展

      減震是人為在結(jié)構(gòu)的某些部位設(shè)置阻尼器或耗能構(gòu)件,來降低結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng);而隔震則是通過延長結(jié)構(gòu)的自振周期來避開地震卓越周期,從而降低結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。美國第一次將減隔震技術(shù)用于橋梁是在1984年,1990年,美國新建了第一座采用減隔震技術(shù)的橋梁Sexton橋。在日本,第一座建成的減隔震橋梁是靜崗縣橫跨Keta河的宮川大橋。

      (二)常用的減隔震裝置

      1、鉛芯橡膠支座

      鉛芯橡膠支座在支座的中部或中心周圍部位豎直地壓入高純度鉛芯,并以板式橡膠支座為基礎(chǔ),重點(diǎn)用來改善支座阻尼性能的一種減震支座。鉛芯具有良好的力學(xué)特性,具有理想彈塑性性能,能夠提供地震下的耗能能力。由鉛芯和分層橡膠支座結(jié)合的鉛芯橡膠支座能夠滿足一個良好減隔震裝置所必備的基本要求。

      2、分層橡膠支座

      分層橡膠支座主要是由薄橡膠片與薄鋼板相互交替結(jié)合而成的,在抗震設(shè)計中,要考慮分層橡膠支座的水平剛度和阻尼作用等。橡膠支座在變形過程中消耗能量提供阻尼,這種阻尼主要取決于橡膠層變形的速度。分層橡膠支座的力所提供的阻尼較小,因此,在減隔震橋梁設(shè)計中,通常是與阻尼器一起使用。

      3、滑動摩擦型減隔震支座

      滑動摩擦型減隔震支座利用不銹鋼與聚四氟乙烯材料之間相當(dāng)?shù)偷幕瑒幽Σ料禂?shù)制成,具有摩擦系數(shù)小、水平伸縮位移大的優(yōu)點(diǎn)。在地震作用下,滑動摩擦型支座允許上部結(jié)構(gòu)在摩擦面上發(fā)生滑動,通過摩擦消耗大量的地震能量。但是這類支座的缺點(diǎn)沒有自復(fù)位能力,因此要與阻尼器和橡膠支座等其他裝置一起使用。

      四、橋梁抗震設(shè)計相關(guān)方法

      (一)橋梁抗震概念設(shè)計

      橋梁抗震概念設(shè)計主要是根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)來獲得的基本設(shè)計原則和設(shè)計思想,在結(jié)構(gòu)總體方案及材料使用等方面發(fā)揮了重要作用。合理的抗震設(shè)計,所設(shè)計出來的結(jié)構(gòu)無論是在強(qiáng)度、剛度還是在延性等指標(biāo)上都有最佳的組合。但是要指出的是,強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計的重要性,不是重視數(shù)值計算,而是為了給抗震計算創(chuàng)造出有利條件。橋梁抗震概念主要是根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的,要選擇良好的抗震結(jié)構(gòu)體系。

      (二)橋梁延性抗震設(shè)計

      延性抗震驗(yàn)算所采用的破壞準(zhǔn)則主要有:強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則、能量破壞準(zhǔn)則、變形破壞準(zhǔn)則、用最大變形和滯回耗能來表達(dá)的雙重指標(biāo)破壞準(zhǔn)則。破壞機(jī)理可以總結(jié)為:在形成完全的塑性反應(yīng)之前,出現(xiàn)某種程度的塑性應(yīng)變,所消耗的能量自然的構(gòu)成結(jié)構(gòu)等效粘滯阻尼的一部分。一旦進(jìn)入塑性變形后,就會產(chǎn)生塑性漂移,直到發(fā)生了倒塌現(xiàn)象。

      (三)對地震響應(yīng)的分析及具體的設(shè)計方法

      目前已經(jīng)發(fā)展了多種抗震設(shè)計理論和地震響應(yīng)的分析設(shè)計方法,抗震設(shè)計的靜力理論只考慮了高頻振動振幅的最大值。反應(yīng)譜理論雖考慮了振幅和頻譜,卻始終未能得到明確的反映。從組成結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理論的幾個方面內(nèi)容入手,靜力理論對四個方面都做了極大的簡化,而動力理論則有比較全面的考慮,結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的動力模型更為接近實(shí)際??傊?,設(shè)計原則考慮到的多種使用狀態(tài)有了概率保證。

      五、結(jié)束語

      通過上述分析,橋梁工程的抗震設(shè)計方法是經(jīng)歷了從強(qiáng)度、延性設(shè)計到基于性能發(fā)展的過程,根據(jù)當(dāng)前的地震災(zāi)害特點(diǎn),也要加大對橋梁減隔震技術(shù)的研究,以減輕地震損失,提高地震作用下橋梁的安全性。

      六、參考文獻(xiàn)

      【1】王青《橋梁抗震設(shè)計規(guī)范以及建筑抗震設(shè)計規(guī)范的對比分析》,《世界地震工程》2006年04期。

      【2】李曉明《試論我國鐵路橋梁有關(guān)地震規(guī)范的沿革》,《山西建筑》2004年08期。

      【3】李茜、張明《淺析橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》,《工程力學(xué)》2008年11期。

      【4】宋程海《論橋梁樁基震害特點(diǎn)及其破壞機(jī)理》,《震災(zāi)防御技術(shù)》2010年10期。

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