桥梁延性抗震设计

浅析桥梁延性抗震设计

[摘要]：大跨度桥梁的抗震设计是一项综合性的工作，需要比较全面的专业知识和功能完善的专用抗震分析软件，从抗震动力学出发来思考问题、解决问题。

[关键词]：桥梁设计延性抗震设计

中图分类号：k928.78 文献标识码：k 文章编号：1009-914x（2012）29- 0143 -01

1.引言：

在钢筋混凝土桥梁结构的抗震设计中，必须考虑结构进入弹塑性变形后的动力特性和抗震性能。我国现行的桥梁设计规范是用对地震作用乘上一个结构综合抗震系数的方法来考虑结构弹塑性变形的影响。但这一做法在大部分情况下并不能放映桥墩的真实非线性地震影响及破坏失效规律，并且物理概念不明确，所以现在大多数国家普遍采用了延性抗震设计方法。

2桥梁延性抗震设计

2.1桥梁震害主要表现：

⑴上部结构的破坏：桥梁上部结构本身遭受震害而被毁坏的情形比较少见，往往是由于桥梁结构的其他部位的毁坏而导致上部结构的破坏；

⑵支承连接部位的震害：桥梁支承连接部位的震害极为常见。由于支承连接部位的破坏会引起力传递方式的变化，从而对结构其他部位的抗震产生影响，进一步加重震害。

⑶下部结构和基础的震害：下部结构和基础的严重破坏是引起桥梁倒塌，并在震后难以修复使用的主要原因。除了地基毁坏的情况，桥梁墩台和基础的震害是由于受到较大的水平地震力，瞬时反复振动在相对薄弱的截面产生破坏而引起的。

2.2桥梁延性抗震设计

桥梁延性抗震设计应分两个阶段进行：a.对于逾期会出现塑性铰的部位进行仔细额配筋设计；b.对整个桥梁结构进行抗震能力分析验算，确保其抗震安全性。阶段可以有反复，直到通过抗震能力验算，或者进行减、隔震设计以提高抗震能力。

2.2.1塑性铰区横向钢筋设计

横向钢筋不仅约束混凝土，保证截面延性，而且要保证纵向钢筋不压溃屈曲。因此，塑性铰区的横向钢筋的配置要同时满足这两个要求。我国公路桥梁抗震设计规范规定8、9度区桥梁墩柱加密区段箍筋的配置要满足要求；圆形截面应采用螺旋式箍筋，间距不大于10cm，箍筋直径不小于8cm；矩形截面的最小体积含箍筋率，纵向和横向均为0.3%。与国外规范相比，含箍筋率小，而且没有考虑纵向钢筋压溃屈曲破坏，因而是很不够的。但各国的规范都要求螺旋式箍筋的接头必须焊接；矩形箍筋应有145°弯钩，并伸入混凝土核芯之内。

其中：是截面混凝土的毛面积；是截面的核芯混凝土面积；是要求的曲率延性；是墩柱的轴压比。

为了保证纵向钢筋不发生压溃屈曲，要求满足：

（1）箍筋纵向间距不大于纵向钢筋直径的六倍；

（2），其中，是单肢箍筋截面积，s是箍筋各肢间距，是由该肢箍筋约束的纵向钢筋面积之和，，分别是箍筋和纵向钢筋的屈服强度。

（3）对于矩形箍筋，箍筋（钩筋）各肢间距不大于核芯混凝土最小尺寸的1/3，而且不大于350mm，但不必小于200mm。

规范还规定了约束箍筋的配置范围（塑性铰区长度）为截面高度或从最大弯矩处至弯矩减小20%处的距离；当0.3<<0.6时，比前者增大50%。在塑性铰区域以外，箍筋应慢慢减小到正常水平，在2处，箍筋含量应不少于塑性铰区内的50%。

2.2.2桥梁结构抗震能力分析、验算

桥梁结构抗震能力验算的任务是采用非线性时方程分析方法，并通过恰当的抗震分析验算，确保整体结构与薄弱部位的抗震安全性。因此，首先要确定抗震设防的两个水准及对应的地震输入，在分别计算出结构的地震反应，并根据两个水准地震作用下结构的性能要求验算结构的抗弯强度及弯曲延性，特别是要验算结构的剪切强度，确保不出现剪切脆性破坏。

（1）地震动输入的确定

a.抗震设防标准的确定

我国建筑工程抗震设计规范的设防标准为：遭遇第一水准烈度（50年超越概率63%）地震时，建筑物处于正常使用状态，可视为弹性体系；遭遇第二水准烈度（50年超越概率10%）地震时，建筑

物处于非弹性工作阶段，但非弹性变形结构体系的损坏应控制在可修的范围内；遭遇第三水准烈度（50年超越概率2～3%）地震时，建筑物有较大的非弹性变形，但应控制在规定范围内，以免倒塌。在确定大跨度桥梁的设防标准时，既要将大跨度桥梁与普通建筑物区别对待，又要兼顾经济性。由于大跨度桥梁不仅投资大，而且是生命线工程，在国民经济和抗震救灾中起着生命线的作用，应取较普通的建筑物高的设防标准

b.地震动输入的确定

地震动输入有两种，即反应谱和地震动加速度时程。反应谱一般根据场地条件和设防标准选取，相对较为简单；而地震加速度时程的选取则比较复杂，可以直接利用强度记录，或采用人工地震加速度时程，但要选取多组地震加速度时程以供比较分析。一般取3～5组地震加速度时程，分别作为地震动输入，对桥梁结构进行时程反应分析，可得到3～5组反应值。对结构在各抗震薄弱部位的5

组地震反应值进行分析比较分析，选取能激起结构最大反应的那一组地震加速度时程，作为结构的地震动输入，进行进一步分析。

（2）正常使用极限状态抗震验算

正常使用极限状态是桥梁在震后只需简易修整，几小时厚即可正常使用的临界状态。在中震作用下，在预期会出现塑性铰的部位，结构可以屈服，产生小量的塑性变形，但要满足两个条件：保护层混凝土不发生剥落；裂缝宽度较小，经简易修复就可正常使用，通常认为不超过2mm.

为了确保桥梁结构能满足正常使用极限状态的要求，在进行抗震验算时，可以取截面受压边缘混凝土的最大压应变为0.004，而受拉钢筋的最大拉应力为0.015。实验表明，通常当受压边缘混凝土的压应变=0.006～0.10时，混凝土才开始剥落。因此，=0.004是混凝土开始破坏的保守估计。而取=0.015是为了保证裂缝宽度不超过1mm（保守取值）。根据这一条极限条件，对塑性铰处截面进行弯矩—曲率关系分析，进一步可以得到允许的塑性铰[]，作为正常使用极限状态的验算标准。

（3）可修复破坏极限状态抗弯验算

可修复破坏极限状态是桥梁在震后经过表面修复，任然可以正常使用的临界状态。在大震作用下，允许桥梁结构发生显著破坏，如产生较宽的弯曲裂缝，需要进行环氧注射修复，以防日后钢筋的腐蚀；发生保护层混凝土的严重剥落，需要进行置换。但是不允许发生横向约束钢筋的断裂，和纵向钢筋的压溃屈曲，核芯混凝土要保持完整，不需置换。可以说，横向钢筋开始发生断裂是桥梁墩柱可修复与否的临界条件。因此，确定与这一临界条件相对应的受压区边缘混凝土极限压应变是进行可修复破坏极限状态抗震验算的基础。

3.结语

桥梁是国民生活的命脉，联系交通的枢纽，抗震救灾的关键，桥梁的安全事故从无小事。所以，只有在设计过程中，充分的考虑地震因素，进行切合实际的模拟分析，才能保证工程质量，保护人