代乾冰克

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

地震如何對(duì)連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生危害及防治措施

代乾冰克

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

從橋梁受力機(jī)理、震源深度、地震破壞機(jī)理三方面分析地震對(duì)連續(xù)梁橋的危害。已該分析為基礎(chǔ)提出災(zāi)害防治的思考方向，提出防治措施。

地震；連續(xù)梁橋；災(zāi)害；防治

一、前言

地震是一種常見的自然災(zāi)害。我國位于環(huán)太平洋地震帶和亞歐地震帶之間。在我國主要分布20個(gè)地震帶。因此，對(duì)地震產(chǎn)生危害的認(rèn)識(shí)及對(duì)其防治的探究顯得尤為重要。地震波分為縱波(P波)和橫波(S波)，是地震傳遞及釋放能量的主要方式。其中破壞主要由橫波(S波)產(chǎn)生。

對(duì)于橋梁，地震產(chǎn)生的破壞是其它自然災(zāi)害難以望其項(xiàng)背的，會(huì)造成大量的人員傷亡及經(jīng)濟(jì)損失。因此，需要分析地震對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理，找到其主要破壞因素，對(duì)該因素尋找較好的防治措施，以求地震產(chǎn)生的危害達(dá)到最小值。本文意從橋梁的受力機(jī)理、震源深度、地震破壞機(jī)理等幾個(gè)因素去探究地震對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的危害，并從中找到主要因素提出防治措施。

二、影響因素

(一)橋梁受力分析

連續(xù)梁橋主要為連續(xù)簡支結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)上，連續(xù)梁橋是由多組一根兩端分別受力在一個(gè)活動(dòng)鉸支座和一個(gè)固定鉸支座上的梁作為主要承重構(gòu)件的梁橋，屬于靜定結(jié)構(gòu)。因?yàn)閮啥沃ё南拗?，在一般情況下，橋梁剛性較大，不會(huì)發(fā)生位移。并且在內(nèi)力作用下，一端可以自由變形，可以不考慮次內(nèi)力的影響。綜上所述，該橋型不僅結(jié)構(gòu)簡單、施工方便，而且可以不用考慮外界因素如地基變形、溫度改變等對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響。[1]-[5]

但也正因這種結(jié)構(gòu)而讓連續(xù)梁橋存在著致命缺陷。其固定鉸支座在起到約束橋梁縱向變形作用的同時(shí)，其活動(dòng)支座端則會(huì)沿著梁的走向而自由滑動(dòng)。[8]也就是說，超過一定滑動(dòng)范圍，梁體就會(huì)從支座上掉下來。因此，簡支梁橋抗震力較弱，在超出設(shè)計(jì)范圍的外力作用下，此種橋完全會(huì)有落梁的危險(xiǎn)。就如義昌大橋事故中，橋梁搭在超高墩臺(tái)上，在受到超外力作用下，橋梁縱向變形過大，而從活動(dòng)支座端脫落。綜上所述，這種連續(xù)梁跨結(jié)構(gòu)在受到橫向波動(dòng)荷載的作用下安全系數(shù)不高，橋跨結(jié)構(gòu)的抗震效果不好。

(二)震源深度

我們可以將地震抽象為在介質(zhì)中傳播的強(qiáng)烈波動(dòng)作用。因?yàn)榻橘|(zhì)的不同，地震波具有不同的傳播速度。傳播速度的分布能夠決定地震的傳播路徑。由費(fèi)馬原理可知：波傳播始終遵循最小時(shí)間路徑的原則。因此，空間最短距離等價(jià)時(shí)間最短距離只會(huì)出現(xiàn)在地震波傳播于均勻介質(zhì)中時(shí)。在不均勻介質(zhì)中傳播速度的分布使得最短空間距離并不是最短時(shí)間路徑。

地震波不僅可以在地下傳播，而且也可以在空氣中傳播。由于空氣只能受壓縮而不能受剪切，因此在空氣中只有橫波可以傳播而縱波不能傳播。

綜上所述，震源深度對(duì)地震產(chǎn)生破壞的初始能量具有決定性的作用。地震爆發(fā)源到地表建筑物間的空間距離、傳播介質(zhì)、地質(zhì)情況等因素的改變可以影響地震的破壞力。以上因素能夠?yàn)楸Ｗo(hù)橋梁結(jié)構(gòu)，減少地震的破壞提供建設(shè)性的思考方向。引導(dǎo)我們向超前檢測地基層及地基層下地質(zhì)結(jié)構(gòu)，改變調(diào)節(jié)地基層下地質(zhì)結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行努力。

(三)地震對(duì)橋梁的破壞機(jī)理

地震對(duì)連續(xù)梁橋梁產(chǎn)生的破壞不僅與該類橋梁的結(jié)構(gòu)體系有密切的聯(lián)系，而且跟橋梁的選址也是息息相關(guān)的。地震爆發(fā)時(shí)，通過橫波與縱波釋放能量對(duì)橋體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞?？梢猿橄蟮恼J(rèn)為，地震波給予橋梁一個(gè)水平方向的加速度和縱向的加速度。根據(jù)連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)特性，我們可以判斷縱向的加速度對(duì)于橋體的破壞可以不予考慮。破壞主要來自于水平方向的加速度。因此，主要考慮地震對(duì)于橋體結(jié)構(gòu)的剪切破壞。

因?yàn)橹ё拗?，連續(xù)梁橋的剛度大。地震爆發(fā)時(shí)，連續(xù)梁橋與大地一起作劇烈地水平運(yùn)動(dòng)。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)體系原因，導(dǎo)致其剛度較另外橋梁結(jié)構(gòu)體系剛度大，所以水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致其受到的破壞程度較之另外體系橋梁更大。但連續(xù)梁橋并非完全剛性結(jié)構(gòu)，所以其振動(dòng)過程中任然伴隨相對(duì)于地基的附加振動(dòng)。該種振動(dòng)在工程地質(zhì)條件較差的地基處尤為嚴(yán)重。因此地基的選擇對(duì)于連續(xù)梁橋的抗震能力顯得尤為重要。另外如果能夠適當(dāng)?shù)母淖冞B續(xù)梁橋的剛度，對(duì)于其抗震性能的提升也有所幫助。

在地震破壞中，橋梁的上部結(jié)構(gòu)因沒有與大地直接接觸，所以不會(huì)受到地震的影響。地震的破壞機(jī)理如下：地震通過地震波將能量傳遞給橋臺(tái)和基礎(chǔ)，進(jìn)而通過橋墩傳遞給上部結(jié)構(gòu)，從而引起全橋的振動(dòng)并將其破壞。因此對(duì)于地震的破壞，橋臺(tái)和地基首當(dāng)其沖，這也是地震過后大部分橋梁不能通過修復(fù)繼續(xù)使用的原因。

三、防治措施

(一)地基選擇

地震破壞首先破壞地基和橋臺(tái)。當(dāng)?shù)鼗蜆蚺_(tái)受到嚴(yán)重破壞后，連續(xù)梁橋無修復(fù)價(jià)值，所以地基的選擇尤其重要。在確定地基之前，可檢測地基層下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，判斷地震波傳遞的介質(zhì)數(shù)量。利用地震波在不同介質(zhì)面的折射和反射及傳播速度改變?nèi)ハ跗淠芰?。通過汶川地震的實(shí)例我們可以發(fā)現(xiàn)地震對(duì)連續(xù)梁橋地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的是硬質(zhì)巖石。

(二)優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)

連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)體系決定其剛性較大的性能，這一性能導(dǎo)致其抗震能力弱。因此優(yōu)化梁橋的橋梁結(jié)構(gòu)是增大其抗震性能的一個(gè)可行性方案?？梢栽跇蛄航Y(jié)構(gòu)中添加柔性連接，減弱其剛性，減少橋梁受地震波橫波的作用強(qiáng)度，增加橋梁的抗震強(qiáng)度。可以在橋梁主體外布置強(qiáng)度較低的附屬結(jié)構(gòu)，使地震優(yōu)先破壞強(qiáng)度較低的附屬結(jié)構(gòu)，保障主體結(jié)構(gòu)的安全，以此增加連續(xù)梁橋的抗震強(qiáng)度。

對(duì)于大跨度的橋梁，采取了連續(xù)簡支梁結(jié)構(gòu)，那么就要對(duì)其橋面進(jìn)行科學(xué)、有效地鞏固舉措，保證橋梁在連續(xù)性上的特征。同時(shí)，在寬上保證橋梁達(dá)標(biāo)。另外，為了避免墩臺(tái)發(fā)生位置的變化，可以適當(dāng)增加隔檔來實(shí)現(xiàn)。在對(duì)大跨度橋梁進(jìn)行橋墩設(shè)計(jì)的時(shí)候，要充分利用箍筋，目的是保證墩柱具有合理的約束力，增加配箍率會(huì)顯著增大墩柱延性。

四、結(jié)語

通過對(duì)地震對(duì)連續(xù)梁橋的危害的探究和對(duì)預(yù)防措施的思考。熟悉了地震的產(chǎn)生機(jī)理，剖析了地震對(duì)橋梁的破壞方式。從橋梁的受力、震源深度、地震破壞機(jī)理三方向做出思考，解答了地震如何破壞連續(xù)梁橋。為連續(xù)梁橋在地震方面的預(yù)防提供了思考方向和一些方法。

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