高墩大跨徑連續(xù)鋼構橋梁結構抗震設計的論文

實用文時間：2021-08-31 手機版

　　摘要：隨著我國交通事業(yè)的發(fā)展，高墩大跨徑連續(xù)鋼構橋梁在交通道路建設中運用的越來越多，尤其是我國西南、西北地區(qū)，盤山公路等已經(jīng)不能滿足經(jīng)濟發(fā)展需要。但由于地形較為復雜，在道路建設中多采用橋梁，再加上山區(qū)為地震多發(fā)地帶，因而對橋梁設計要求極為嚴格。高墩大跨徑連續(xù)鋼構橋梁結構的設計具有良好抗震能力，分析其抗震設計，對于其完善與發(fā)展具有重要意義。

　　關鍵詞：高墩；大跨徑：連續(xù)鋼構梁；抗震設計

　　1高墩大跨徑連續(xù)鋼構橋簡介

　　鋼構橋結構較為特殊，是將墩臺與主梁整體固結。其承擔豎向荷載時，主梁通過產(chǎn)生負彎矩減少跨中正彎矩。橋墩作為鋼構橋的主體部分，主要承擔水平推力、壓力以及彎矩三種力。墩梁固結形式較為特殊，可通過節(jié)省抗震支座減少橋墩厚度，借助懸臂施工從而省去體系轉換，減少了施工工序。該結構可保持連續(xù)梁無伸縮縫，使行車平順。此外還具有無需設置支座和體系轉換功能，橋梁結構在順橋向和橫橋向分別具有抗彎和抗扭剛度，為施工提供具有便利。高墩大跨徑連續(xù)鋼構橋形式優(yōu)缺點并存，其缺點在于受混凝土收縮、墩臺沉陷等因素影響，結構中可產(chǎn)生附加內(nèi)力。作為高柔性墩，可允許其上部存在橫向變位。其優(yōu)點在于弱化墩臺沉降所產(chǎn)生的內(nèi)力，并減輕其對結構的影響。

　　其突出受力結構表現(xiàn)為橋墩與橋梁固結為整體，通過共同承受荷載進而較少負彎矩；該橋梁結構受力合理，抗震與抗扭能力強，具有整體性好，橋型流暢等優(yōu)點。作為高柔性橋墩，可允許橋墩縱橫向存在合理變位。

　　2橋梁震害的具體表現(xiàn)

　　2.1支座

　　在地震中支座損壞極為常見，支座遭到破壞后能夠改變力的傳遞，進而影響橋梁其它結構的抗震能力，其主要破壞形式有移位、剪斷以及支座脫落等。

　　2.2上部結構

　　上部結構遭受震害主要是移位，即縱向、橫向發(fā)生移位。移位部位通常位于伸縮縫處，具體表現(xiàn)為梁間開脫、落梁、頂撞等。有資料顯示，順橋向落梁在總數(shù)中所占比例高達90%，由于這種落梁方式會撞擊到橋墩側壁，對下部結構造成巨大沖擊力，因而破壞力極大。

　　2.3下部結構

　　橋梁的下部包含基礎、橋墩以及橋臺，其遭受破壞后可導致橋梁坍塌，且震后修復難度大，基本不能再投入使用。受水平力影響，薄弱的截面經(jīng)過反復震動后受到嚴重破壞。延性破壞多指長細的柔性墩，表現(xiàn)為混凝土開裂、塑性變形，其產(chǎn)生原因為焊接不牢、部件配設不足等。脆性破壞多指粗矮橋墩，表現(xiàn)為鋼筋切斷，究其原因為墩柱剪切強度不足。橋臺多表現(xiàn)為滑移、顛覆。基礎的破壞表現(xiàn)為不均勻沉陷、樁基剪切等，其破壞具有隱蔽性，修復難度極大。

　　3橋梁震害原因

　　造成橋梁震害原因較多，主要有地震強度過大，超出橋梁的抗震設防標準；橋梁所處的地理位置不佳，致使地基變形；此外認為原因也可導致橋梁抗震能力不足，例如設計不合理，原材料質(zhì)量不達標，施工出現(xiàn)操作失誤等。

　　4高墩大跨徑連續(xù)鋼構橋結構的抗震設計分析

　　4.1重視高墩大跨徑連續(xù)鋼構橋的總體布置

　　地震時橋墩頂部位移較大，采用連續(xù)鋼構結構有助于減少落梁。墩梁固結為整體，則多余的約束可形成塑性鉸，從而提高橋梁的抗震能力。建設高墩橋時，受地理位置影響，易出現(xiàn)剛度和質(zhì)量問題。合理調(diào)整相鄰橋墩高度，對于連續(xù)梁橋，應盡可能保持其剛度相近，并根據(jù)橋墩剛度比與周期比進行嚴密計算，減少誤差，增強高墩橋整體抗震能力。

　　4.2選擇合適橋墩

　　在地震中，橋墩形式影響橋梁結構，因而其設計與選型對于抗震安全性具有重要意義。地形與地貌均對橋墩設計產(chǎn)生影響，常見的橋墩形式有門架墩、雙柱墩等，但抗彎與抗扭剛度較差，當橋墩超過30m時，易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。高墩大跨徑連續(xù)鋼構橋根據(jù)實際情況多采用空心薄壁墩（如圖1、2所示）或者獨柱T型墩，二者各個方向抗扭與抗彎剛度都較好，具有整體性好等優(yōu)點。而獨柱T型墩適用于高度低于60m時，其原理是將懸挑式蓋梁與墩柱充分結合，其截面尺寸與剛度均較小。而心薄壁墩適用于高度低于80m時，外觀與獨柱T型墩相似，其截面尺寸與剛度均較大。

　　5高墩大跨徑連續(xù)鋼構橋的抗震計算

　　5.1計算時所需考慮的因素

　　通常受地形、斷層、橋身長度限制，應考慮多點激勵的影響。同一地震，其在地表所呈現(xiàn)的反應不同，因而幅值、頻譜特征各異，再加上空間變化復雜，因而需考慮多方面因素。

　　地震時，受到高墩自身質(zhì)量或周期影響，可形成兩個及其以上塑性鉸，而忽略高階振型會導致設計時出現(xiàn)誤差，從而影響橋梁抗震時安全性，因而在設計時應將橋墩高階振型的影響計算在內(nèi)。

　　5.2反應譜方法

　　在橋梁抗震分析中，反應譜方法較為常用，但其弊端在于地震時假設支座運動規(guī)律相同，沒有考慮運動的不一致性。對于處于地形復雜的`高墩橋而言，這種不合理的假設造成非線性問題出現(xiàn)較大誤差。

　　5.3隨機震動法

　　該方法是公認的較為合理方法，其結合地震發(fā)生的概率，但是計算量較大，同樣也會使非線性問題出現(xiàn)誤差。隨著科技的發(fā)展，隨機震動虛擬激勵法應運而生，不僅解決計算量的問題，同時確保計算的精度，具有效率高，使用方便等優(yōu)勢，在高墩橋梁設計中應用廣泛，但在處理罕見地震時存在局限。

　　6高墩大跨徑連續(xù)鋼構橋抗震措施

　　6.1重視橋墩臺處檔塊設計

　　地震中抗震檔塊出現(xiàn)剪裂現(xiàn)象，表明其設計對于提高橋梁整體抗震能力具有重要作用。在設計過程中，應重視其余主梁剛度的比值、剪裂的程度，此外針對不同跨徑與結構的橋梁，應根據(jù)實際需要設計不同尺寸的檔塊。

　　6.2可對支座進行隔振處理

　　設計高墩橋梁時，可采用疊層、鉛芯橡膠等隔震支座，在橋梁與橋墩的連接處增加柔性，從而降低對地震的反應。

　　綜上所述，分析高墩大跨徑連續(xù)鋼構橋梁結構抗震設計，有助于完善橋梁總體設計，提高橋梁抗震能力，減少經(jīng)濟損失，并提高橋梁安全性。

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