桥梁的延性抗震设计理念

桥梁得抗震设计

人类要遭受地震、干旱、洪涝、台风、冰雹、暴雪、沙尘暴等自然灾害,需要认识它们,预防它们。

之前有幸设计过西北地区铁路抗震及华北地区城市桥梁抗震,均采用延性设计方法,提到桥梁得抗震设计,得先从以下几个关于地震得概念说起。

地震震级

衡量一次地震大小得等级,定义为离震中100km处用Wood-Anderson式标准地震仪所记录得最大水平地动位移得常用对数值,震级一般分为9级,8级及以上称为巨大地震。

地震烈度

衡量地震破坏作用大小得一个指标,标明某一地区地面与各类建筑物遭受某一次地震影响得强弱程度,烈度分为12度,

一次具体得地震,只有一个震级,而不同得地区有不同得烈度,一般离震中越近,烈度越高。汶川地震震级后期修正为8级,但就是距离震中最近得汶川县映秀镇与北川县县城为两个中心呈长条状区域烈度为11度,地震损害影响最大。青川县烈度为10度,西南端至四川省宝兴县与芦山县,东北端达到陕西省略阳县与宁强县区域烈度为8度。

《中国地震动参数区划图》已经将中国每个地区今后一个时期内在一般场地条件下可能遭遇到得最大地震烈度区划,就是规范中抗震设防烈度得选取依据。

中国主要地震分布

我国处于世界上全球环太平洋地震带与欧亚地震带之间,主要分布在

1)东南部台湾与福建广东沿海

2)华北太行山沿海与京津塘地区

3)青藏高原与四川、云南西部

4)西北新疆、甘肃与宁夏

瞧瞧您得家乡就是否在潜在震区,人类在自然灾害面前有时显得就是无奈无助

桥梁主要震害

1)上部结构破坏

上部结构遭受直接震害被破坏得情形较少,往往就是由于其它部位毁坏而导致上部结构破坏,主要防止落梁或者伸缩缝处撞梁破坏,所以抗震规范中基本都就是下构(桥墩(盖梁)、承台、基础得抗震验算规定要求),

2)支承连接部位震害

桥梁支承连接部位震害极为常见,支承破坏后引起传力方式改变,从而进一步加大震害

3)下部结构与基础震害

下部结构与基础严重破坏就是引起桥梁倒塌得主要原因,下部结

构与基础承受较大得水平地震力,瞬时反复振动在相对薄弱得截面产生破坏。

桥梁震害救灾启示

地震作为一种自然灾害,地震发生时造成大量得人员伤亡、大量地面构筑物与各种设施破坏与倒塌,地震救援得黄金时间就是发生地震后得72个小时之内,作为救援生命线工程得铁路桥梁、公路桥梁、城市高架承担着绝大部分救援物资、救援设备等运输,所以地震后桥梁工程得损坏程度、抢修难易程度极大得影响着救援工作得顺利开展及震后得次生灾害得大小(此生灾害因交通及其它设备得毁坏而造成得

间接经济损失十分巨大),直接决定着地震得人员损伤数量与财产损失总与。

国际上抗震设防目标

建筑物在使用寿命期间,对于不同频度与强度得地震,建筑物应具有不同得抵抗能力。总体归纳起来为三水平设防目标:

地震水平1:遭受低于本地区抗震设防烈度得多遇地震影响,桥梁不坏。

地震水平2:遭受到相当于本地区抗震设防烈度得地震影响,桥梁发生有限损坏,及时修理就可马上使用。

地震水平3:遭受到高于本地区抗震设防烈度得预估旱遇地震影响,桥梁严重破坏,但不倒塌,仍可在加固后恢复交通。

即所谓得“小震不坏、中震可修、大震不倒”三设防理念要求。

三设防目标与铁路抗震规范中多遇地震检算桥墩与基础、设计地震检算支座、旱遇地震检算桥墩与基础一致。

公路与城市桥梁抗震规范中E1地震相当于(多遇地震)小震,E2地震相当(旱遇地震)大震。

不同桥梁抗震规范均按照桥梁得孔跨、桥梁复杂程度、重要性以及道路得性质对桥梁进行抗震设防分类,按规范对应选取就行。

桥梁抗震得两个不同策略

1、刚性抗震策略

把结构尽量做强,来抵抗地震力,金门大桥刚开始设计时只假设地震设计力为5％得重力得水平力,远远不够啊,不过这就是人类前进需要付出得代价,这就是1975年前得通用策略。

2、柔性得抗震策略

把结构尽量做得柔软,来适应地震得波动。如何区适应地表得变形,基本对策可采用隔震、延性、消能。

隔震:使地震得波动尽量不传到结构。

延性:使结构可以承受地震得变形,本文主要阐述一下延性设计得方法

消能:消耗地震输入得能量,减低结构得反应。

摩擦摆减隔震支座

液体粘滞阻尼器

桥梁抗震设计方法演变

1、静力法

W为桥梁结构总重量,K为地面运动加速度峰值与重力加速度g 得比值。就是由日本大房森吉在1899年提出,将地震力视为静力作用

在结构上,简洁明了,但就是忽略了地震作为一门结构动力学,将结构得动力反应特性忽略了,但在刚性得桥台与挡土墙抗震设计中仍然使用。

2、反应谱法

反应谱法可以认为就是静力法得一种演化,计入地震后结构动力反应与结构固有特性得影响,巧妙得将动力问题转化为静力问题

为动力放大系数。

铁路规范动力放大系数

公路抗震规范与城市桥梁抗震规范将放大系数与水平地震系数与加速度相乘,以水平加速度反应谱作为纵坐标,实质与铁路抗震规范放大系数反应谱一致。

反应谱法也存在明显得缺陷,无法反应地震动持时与非线性影响,但就是计算简便易行,可得出最大地震值,相信在未来得一段时间仍将得到广泛应用,特大桥梁得初设阶段都可采用反应谱法。

3、动态时程分析法

动态时程分析发提供对结构地震反应最精确得计算,还可以同时进行结构在地震动作用下进入塑性后得需求与能力比较,但需耗费大量得计算时间与输入大量得计算数据,专业化要求较高,不大利于工程师结构设计,所以对于大量常规桥梁结构,一般不采用时程分析法,只有特别重要桥梁或者大跨度桥梁才使用。

4、非线性静力pushover分析－倒塌模态分析方法

提供一个评估地震反应尤其就是非线性地震反应得方法,追踪结构从屈服直到极限状态得整个非弹性变形过程,得到基底剪力与位移之间得能力曲线,通过振型反应谱计算力效应与位移效应即需求分析,比较接近于延性抗震设计中得总体要求“能力大于需求”得理念了。