桥梁抗震论文

桥梁延性抗震与减隔震分析

摘要：地震一直是危害人类的重大自然灾害之一，尤其是最近几十年，全球发生了许多次大地震，给人类带来了巨大的灾难。其中受害最大的就是我国，1920年宁夏海原地震死亡23.4万人，1976年唐山大地震直接经济损失超过100亿人民币，24.2万人死亡，2008年汶川地震8万多人死亡。这几次地震灾害的共同特点是：由于桥梁工程遭到严重破坏，切断了灾区交通生命线，造成灾区救援工作难以进行，使次生灾害加重，导致了巨大的经济损失。随着现代城市人口的大量聚集和经济的高速发展，对交通的依赖加强。几次地震一再显示桥梁工程抗震研究的重要性。

关键字：桥梁工程，桥梁工程抗震

1. 桥梁震害分析

调查与分析桥梁的震害及其产生的原因是建立正确的抗震设计方法，采取有效抗震措施的科学依据。

国内外学者对桥梁震害的调查研究结果表明，桥梁震害主要表现为：

(1)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不多，一般都是由于桥梁结构的其他部位的毁坏而引起的。如落梁，一种是由于弹性设计理论采用毛截面刚度，这样就会低估横向地震作用和位移。导致活动节点处所设置的支座长度明显不足以及相邻梁体之间因横向距离不足而引起的相互冲击，造成落梁及相邻结构的撞击破坏；另外一种是由于地基土的作用造成大的地震位移，这种桥梁震害主要发生在建在软土或者可能液化的地基土上的桥梁上。软土通常会使结构的振动反应放大，使得落梁的可能性增加。

(2) 支座连接部位的震害：这中破坏比较常见，由于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。这种破坏是抗震设计中最关注的问题之一。

(3) 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，从大量震害实例来看，比较高柔的桥墩多为弯曲破坏，矮粗的桥墩多为剪切型破坏，介于两者之间的为混合型。地基破坏主要表现为砂土液化，地基失效，基础沉降和不均匀沉降破坏及由于其上承载力和稳定性不够，导致地面产生大变形，地层发生水平滑移，下沉，断裂。

(4) 桥台沉陷，当地震加速度作用时，由于桥台填土与桥台是不完全固结的，桥台填土的纵向土压力增大，桥梁与桥台之间的冲撞会产生相当大的被动土压力，造成桥台有向桥跨方向移动的趋势。由于桥面的支撑作用，桥台将发生以桥台顶端为支点的竖向旋转，导致基础破坏。如果桥台基础在液化土上，又将引起桥台垂直沉陷，最终导致桥梁破坏。

以上所介绍桥梁的几种破坏形式是相互影响的，不同的地质条件和不同的抗震措施所造成的破坏程度和类型往往是不同的。这就要求我们在桥梁设计中尤其是不规则桥梁和大跨度桥梁，必须从整体分析桥梁的抗震性能。

2.桥梁的抗震设计原则

(1). 场地、地基和基础的选择

选择桥址时，应根据工程需要，掌握地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料做出综合分析。避免地震时可能发生地基失效的松软场地，选择坚硬场地。

基岩、坚实的碎石类地基、硬粘土地基是理想的桥址场地；饱和松散粉细砂、人工填土和极软的粘土地基或不稳定的坡地都是危险地区。在地基稳定的条件下，还可以考虑结构与地基的振动特性，力求避免共振影响；在软弱地基上，设计时要注意基础的整体性，以防止地震引起动态和永久的不均匀变形。

(2). 桥梁体系的整体性和规则性

桥梁的整体性要好，上部结构应尽可能是连续的。整体性可防止结构构件及非结构构件在地震时被振散掉落，同时它也是结构发挥空间作用的基本条件。无论是在平面或立面上，结构的布置都要力求使几何尺寸、质量和刚度均匀、对称、规整，避免突然变化。

(3). 提高结构与构件的强度和延性

桥梁结构的地震破坏源于地震动引起的结构振动，因此抗震设计要力图使从地基传入结构的振动能量为最小，并使结构具有适当的强度、刚度和延性，以防止不能忍受的破坏。在不增加重量、不改变刚度的前提下，提高总体强度和延性是两个有效的抗震途径。刚度的选择有助于控制结构变形；强度与延性则是决定结构抗震能力的两个重要参数。由于地震动是周期反复作用的运动，还要注意周期反复变形下结构和构件的刚度与强度的退化效应。

(4). 能力设计原则

常采用“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”的设计思想，这种思想即能力设计原则的具体体现。

(5). 多道抗震设防

在建筑结构中，框架剪力墙结构，剪力墙是第一道抗震防线，框架是第二道抗震防线，二者变形相协调，抗力相互补，形成一种优良的抗震体系。在桥梁设计中应力图使桥梁具有多道抵抗地震侧向力的体系，在强地震动过程中，一道防线破坏后尚有第二道防线可以支承结构，避免倒塌。因此，超静定结构优于同种类型的静定结构。

桥梁抗震设计总结起来就是从强度和延性等方面来确保桥梁具有足够的抗震能力。抗力设计是基础，延性设计是保证，地震的随机性和不可预见性就要求我们在设计中更多的去考虑延性和减隔震。合理的应用概念设计来保证安全性。3.延性抗震和减隔震

(1)延性抗震

所谓延性是指构件或结构具有承载能力不降低或基本不降低的塑性变形能力的一种性能，一般用延性比指标来衡量。

延性抗震不同与强度理论的是它通过选定结构部位的塑性变形来抵抗地震作用，塑性作用一方面通过塑性变形来耗散地震能量，另一方面塑性铰的出现使结构周期延长，从而减小地震产生的惯性力。

延性抗震验算所采用的破坏准则主要有：强度破坏准则，变形破坏准则，能量破坏准则，基于低周期疲劳特征的破坏准则以及用最大变形和滞回耗能来表达的双重指标破坏准则等。强度破坏准则应用比较广泛，随着抗震研究的发展，人们逐步认识到强度条件并不能恰当的估价结构的抗震能力。这是由于结构在强烈地震中往往会进入弹塑性阶段。这时结构的塑性变形消耗输入的地震能量。结构的自振周期也会随塑性变形的扩展而变长!从而改变地震反应的特性；结构是否破坏将取决于塑性变形的大小或塑性消耗的能量，而不是或不完全是取决于结构的强度。

抗震设防标准总结起来“小震不坏，中震可修，大震不倒”。这些标准意味着