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桥梁抗震设计要点及减隔震技术的应用
摘要:我国地处太平洋板块和亚欧大陆板块交接地带,板块运动相对活跃,加之人类生产活动对地球造成了较大程度的破坏,近些年地震的发生频率和强度等级都出现了提升的情况,对桥梁安全和人员安全造成了较大的威胁。在这样的背景下,国家对桥梁设计的要求也上升到了一个新的高度,尤其是对抗震性作出了新的要求,以便当灾难来临时人们的生命财产安全能够得到保障。基于此,本文就桥梁抗震设计要点及减隔震技术的应用进行简要探讨。仅供业内同行参考。
关键词:桥梁;抗震设计要点;减隔震技术;应用
1桥梁抗震概念设计概述和意义
桥梁结构设计一般会从概念设计和计算设计两个方面展开。桥梁结构设计需要在完善信息和数据的基础上进行结构的搭建,但是因为地震的发生有不可预测性,在实际的桥梁设计中不能通过准确的计算来设计桥梁的具体抗震等级,所以在设计的过程中一般会引用模拟地震情况来统计出相关的参数,从而实现对桥梁结构的科学计算,得到对应的抗震结构,保证桥梁的抗震等级。目前,我国在抗震桥梁设计层面展开了多年的研究,取得了较大的进步,有效地降低了地震的危害,保护了人民的生命和财产安全。但是我们对地震规律的把握还不是很完善,还需要大力研究桥梁工程结构的抗震效果,各地区也应该结合自己本地的地质情况作出相应的桥梁抗震标准。人们对桥梁结构抗震的要求越来越高,对于桥梁设计师来说,怎样提升桥梁结构的抗震级别成为了重要的研究课题。因此加大抗震研究的经费投入,让桥梁设计者有更好的研究环境,对于促进桥梁的抗震能力发展十分必要。
2 地震反应
桥梁的安全性是桥梁在设计过程中需要重点考虑的问题,而抗震性是桥梁设计中如何抵御地震危害的重要参数,保证桥梁在地震中的安全和正常使用,对城市和地区的抗震防灾减灾工作和灾区的震后恢复重建工作都具有重要意义。
桥梁地震响应研究可综合考虑桥梁各关键构件对桥梁抗震性能的影响,主要分为构件材料、组合型态等影响。常用的研究方法为振动台试验和数值模拟。学者对桥梁的地震反应进行了振动台试验研究,研究对象有简支梁桥、刚构桥、悬索桥和斜拉桥等。高玉强等对混凝土复合材料刚构桥梁进行了振动台试验,系统地研究了其断层越角和下陷步骤。段佳宏等利用杠杆原理加载进行了悬索桥振动台试验(图1),研究了波形钢腰板横梁对其抗震性能的影响。周自力等进行了对斜拉桥振动台试验(图2),研究这些桥梁在强地震下的破坏进程和潜在的倒塌机制。刘强东等研究了近断层地震作用下大跨度非对称悬索桥的易损性,研究表明近断层效应对大跨度悬索桥抗震性能影响显著。刘玉强等提出了新型的大跨度跨海斜拉桥抗震性能评估方法。桥梁抗震体系学者对现有的桥梁抗震体系提出了优化,为今后桥梁抗震的创新表达了自己的观点。黄永福等提出在横桥向设置弹塑性约束装置可大幅降低结构地震响应,对弹塑性约束装置的工程应用提出了三道抗震设防防线的设计思路,为中等跨度斜拉桥抗震体系的选择提供参考。陈敬一等提出下层摇摆的双层桥梁结构,以弥补采用传统延性抗震设计的双层桥梁在地震损伤控制方面不足。
3 桥梁抗震设计要点及减隔震技术
在桥梁抗震领域内,有关桥梁抗震措施的研究一直以来也是重点关注对象。为了提高结构抵抗地震的能力,防止和减轻地震给桥梁结构带来的损害,通常对桥梁结构构造做改造和加固处理,提高结构抗震能力。本年度对桥梁抗震措施的研究主要有3个方面:桥墩的种类、支座结构和新型阻尼器。大多数学者通过建立相关桥梁模型,对比不同的抗震性能指标,评价不同抗震措施的优劣性。
3.1 科学选择地基
现阶段,在桥梁施工建设中,不但需要结合抗震理念,同时也需要注意抗震设计与桥梁工程设计之间的关系。合理且科学地选择地基不但能够提升桥梁工程质量,同时也能够保障人身安全,考虑的因素主要包括:高度、承重量、整体布局、功能设计等。如果桥梁工程建设于地质危险地区,为了规避地质灾害对桥梁工程造成的不利影响,需要对建筑基地进行合理选取与设计。
3.2 明确减隔震技术的适用条件
桥梁工程减隔震技术可以应用在软土路基内,对软土路基区域进行施工时,会对于撞击处侧向高度造成一些的影响,导致桥梁整体结构施工周期延长。而应用相应的减震技术,可以完全规避桥梁整体结构出现较大的塌落问题。若桥梁工程的桥墩所具备的钢性非常大,就需要对减隔震技术进行灵活应用,从而有效避免地震灾害给桥梁工程结构造成影响。
3.3 桥墩的形式
地震作用下桥墩会发生不同程度的倾斜、移动、沉降、开裂,严重时钢筋会裸露扭曲,这些现象严重影响桥梁的抗震性能。大量桥梁震害研究表明,桥梁破坏和倒塌主要是由桥墩的破坏和柱破坏引起的。在桥梁抵抗地震作用时,桥墩起重要作用,因此,研究桥墩的抗震性能对桥梁整体抗震性能起直接作用。本年度学者对桥墩抗震性的研究主要是不同形式桥墩的抗震性能,主要为单肢转双肢薄壁高墩,双肢薄壁墩,带消能连梁的矩形空心双柱式高墩。卢尧等,对比了单肢转双肢薄壁高墩及双肢薄壁墩两种模型在三向地震作用下的动力响应,发现在顺桥向墩顶位移上,二者墩顶顺桥向位移时程变化趋势虽然基本上一致,但单肢转双肢薄壁高墩的极限位移值明显小于双肢高墩墩顶顺桥向位移,二者的位移值相差,传统单肢转双肢薄壁高墩的抗震性能更好。
陈爱军等采用低周反复荷载试验探讨了不同轴压比、主筋率及体积配箍率对大跨连续刚构桥双肢薄壁桥墩抗震性能的影响,得到了各试验墩的破坏特性、滞回曲线、位移延性与耗能性能。发现,主筋率较高的双肢薄壁墩滞回曲线较为饱满,耗能性能良好,适当提高轴压比可显著提高该桥墩的延性性能。王源等按一定几何缩尺比制作了矩形空心双柱式高墩和带消能连梁的矩形空心双柱式高墩模型,进行了低周往复荷载作用下的拟静力试验研究,通过实验发现,带消能连梁的矩形空心双柱式高墩具有更好的耗能能力、承载能力和位移延性能力,消能连梁可有效减小墩柱曲率,从而有效降低墩柱的地震损伤。
3.4 选择性能良好的减隔震装置
在选择装置的过程中,首先,需要选取具有适宜柔软度的装置,以延长桥梁结构的使用寿命,进一步将地震能量分散开,从而将地震灾害造成的危害降到最低。其次,能耗装置或阻尼装置对地震能量进行分散,从而保障结构支撑面科学合理。
3.5 支座结构
支座是连接桥梁上、下部结构的关键枢纽,其发挥的关键作用表现为将桥梁上部结构的变形和荷载传递给下部结构。在地震引起桥梁损害的过程中,支座是较薄弱的环节,而且支座的形式和支座材料性能优劣对桥梁抗震有较大的影响。支座的破坏形式一般有:支座脱落、支座移位和支座销栓剪断。通过改善支座的形式和研究新型支座材料是桥梁的抗震措施之一。
3.6 新型阻尼器
阻尼器是桥梁抗震设计中耗能装置的一种,阻尼器在桥梁抗震中的作用主要是消耗能量、减弱震害。近些年来,阻尼器在大跨度桥梁中的应用越来越广泛。新型材料的出现以及抗震理念不断更新和完善,阻尼器的种类也逐渐增多,研发新型阻尼器也是提高桥梁抗震措施的一个有效方面。大量学者对新型阻尼器开展了研究,主要有新型油阻尼器,粘滞阻尼器,钦钢阻尼器和调谐质量阻尼器等。
4结语
在城市化飞速发展的今天,国家对交通的发展极为重视,桥梁类型存在较大的差异,具备的性能也存在不同,所以从抗震的角度出发应该结合不同的类型和地质条件来设定不同的标准。基于不同区域的地震频率和等级,在桥梁设计的过程中有效地开展抗震设计的工作,不仅需要考虑桥梁所在地的地质结构,还需要考虑桥梁材料的选择和因地制宜的优化抗震方案。
参考文献
[1]翟晶晶.建筑工程结构设计中抗震问题的分析[J].城市建筑,2021(05):116-118.
[2]闫争科.建筑工程结构设计中抗震问题的分析[J].建筑技术开发,2021(09):119-120.
[3]尚柯华.建筑结构设计中抗震概念设计的重要性探究[J].工程技术,2018(07):193-195.

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