卞鈺橋梁延性抗震設(shè)計(jì)

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1、橋梁延性抗震設(shè)計(jì)摘要：從理論上講，為了保證結(jié)構(gòu)不發(fā)生損壞，結(jié)構(gòu)的抗力必須設(shè)計(jì)得大于預(yù)期可能發(fā)生的最大地震動(dòng)所能激起的最大彈性地震力。似由于地震動(dòng)高度不確定性，單獨(dú)依賴強(qiáng)度來抵抗地震是不可靠的，也是非常不經(jīng)濟(jì)的。因此，在工程抗震中，一般都進(jìn)行抗震概念設(shè)計(jì)，利用結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的延性抗震，即利用塑性鉸減小地震力，并耗散能量。木文將結(jié)合南澳大橋抗震設(shè)計(jì)實(shí)例介紹橋梁的延性抗震設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：橋梁抗震、延性設(shè)計(jì)、塑性鉸0引言2008年5月12日發(fā)生的四川汶川里氏8.0級(jí)大地震給我國人民的生命財(cái)產(chǎn)造成了巨大的損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近9

2、萬人遇難或失蹤，損壞房屋346x104間，同吋造成大量交通生命線工程破壞，24條高速公路、161條國省干線、8618條鄉(xiāng)村公路、6140座橋梁和156條隧道受損，單交通設(shè)施的損失就達(dá)670億元，其中橋梁損毀最為嚴(yán)重［1］.地震對(duì)橋梁的作用及橋梁的抗震能力是一個(gè)非常復(fù)雜的問題。在屮外發(fā)生的歷次人地震中，橋梁都曾遭受過嚴(yán)重破壞，如1971年的美國圣科南多地震、1989年的美國洛馬?普里埃塔地震、1994年的美國北齡地震、1995年的日木阪祌地震等［2］。地震使橋梁遭受嚴(yán)重破壞的同吋，也提高Y人們對(duì)橋梁破壞特點(diǎn)的

3、認(rèn)識(shí)，促進(jìn)了橋梁抗震設(shè)計(jì)理論的發(fā)展。在新建橋梁吋，如果其抗震體系缺乏合理性，要實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)防□標(biāo)往往需要過大的經(jīng)濟(jì)代價(jià)，而通過概念設(shè)計(jì)，能從根本上提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效的目的［3］。本文結(jié)合工程實(shí)例介紹橋梁的延性抗震設(shè)計(jì)。1抗震概念設(shè)計(jì)地震災(zāi)害告訴我們：對(duì)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)來說，“概念設(shè)計(jì)”比“計(jì)算設(shè)計(jì)”更為重要［4］。巾于地震動(dòng)的不確定性和復(fù)雜性，再加上結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的假定與實(shí)際情況的差異，使“計(jì)算設(shè)計(jì)”很難釘效地控制結(jié)構(gòu)的抗震性能。因而，不能完全依賴“計(jì)算”。結(jié)構(gòu)抗震性能的決定因素是良好的“概念設(shè)計(jì)”。

4、因此，在橋梁的方案設(shè)計(jì)階段，不能僅僅根據(jù)功能要求和靜力分析就決定方案的取舍，還應(yīng)考慮橋梁的抗震性能，盡可能選擇良好的抗震結(jié)構(gòu)體系。在進(jìn)行抗震概念設(shè)計(jì)時(shí)，特別要重視上、卜部結(jié)構(gòu)連接部位的設(shè)計(jì)，橋墩形式的選取，過渡孔處連接部位的設(shè)計(jì)，以及塑性鉸預(yù)期部位的選擇。為丫保證所選定的結(jié)構(gòu)體系在橋址的場(chǎng)地條件下確實(shí)是良好的抗震體系，須進(jìn)行簡單的分析，然后結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析結(jié)構(gòu)的抗震薄弱部位，并進(jìn)一步分析是否能通過配筋或構(gòu)造設(shè)計(jì)保證這些部位的抗震安全性。最后，根據(jù)分析結(jié)果綜合評(píng)判抗震結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)劣，決定是否要修改方案。2延性

5、抗震設(shè)計(jì)2.1延性的定義材料、構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的延性，通常定義為在初始強(qiáng)度沒冇明顯退化情況下的非彈性變形能力。它包拈以下兩個(gè)方面的能力，一是承受較大的非彈性變形，同時(shí)強(qiáng)度沒冇明顯下降的能力；二是利用滯回特性吸收能量的能力［5］。2.2延性指標(biāo)在利用延性概念設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)時(shí)，首先必須確定度量延性的量化指標(biāo)，即延性指標(biāo)。最常用的延性指標(biāo)為：曲率延性系數(shù)（簡稱曲率延性）和位移延性系數(shù)（簡稱位移延性）2.3延性設(shè)計(jì)的步驟橋梁的延性抗震設(shè)計(jì)應(yīng)分兩個(gè)階段進(jìn)行：1）對(duì)丁*預(yù)期會(huì)出現(xiàn)塑性鉸的部位即能使結(jié)構(gòu)獲得最優(yōu)的耗能，并易于發(fā)現(xiàn)

6、和易于修復(fù)的結(jié)構(gòu)部位，進(jìn)行仔細(xì)的配筋設(shè)計(jì)，圖1為《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ166-2011）給出的梁橋的墩柱塑性鉸位置。*（a＞連續(xù)粱、間支梁單柱墩W囑橋問橫撟問00連續(xù)後、筒支粱僅柱墩?qǐng)D丨墩柱塑性鉸區(qū)域（圖中：0代表塑性鉸區(qū)域〉2）對(duì)整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震能力分析驗(yàn)算，確保其抗震安全性。這網(wǎng)個(gè)階段可以有反復(fù)，直到通過抗震能力驗(yàn)算。2.3.1塑性鉸去的橫向鋼筋橫向鋼筋不僅約束混凝土，保證截面的延性，而且要保證縱向鋼筋不壓潰屈曲。因此，塑性鉸區(qū)的橫向鋼筋配置要同時(shí)滿足這兩個(gè)要求。2.3.2橋梁結(jié)構(gòu)抗震能力

7、驗(yàn)算橋梁結(jié)構(gòu)抗震能力驗(yàn)算的任務(wù)是通過非線性時(shí)程分析以及正確的抗震驗(yàn)算，確保整體結(jié)構(gòu)與薄弱部位的抗震安全性。因此，首先要確定抗震設(shè)防的叫個(gè)水準(zhǔn)及對(duì)應(yīng)的地震輸人，再分別計(jì)算出結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，并根據(jù)兩個(gè)水準(zhǔn)地震作用下結(jié)構(gòu)的性能要求，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的抗彎強(qiáng)度及彎曲延性，還要特別驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的剪切強(qiáng)度，確保不出現(xiàn)剪切脆性破壞。1）地震輸人確定⑴抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)[6]①E1地震作用：工程場(chǎng)地重現(xiàn)期較K的地震作用，對(duì)應(yīng)于第一級(jí)設(shè)防水準(zhǔn)。②E1地震作用：工程場(chǎng)地重現(xiàn)期較長的地震作用，對(duì)應(yīng)于第二級(jí)設(shè)防水準(zhǔn)。（2）地震輸人在進(jìn)行大跨度橋梁的

8、地震反應(yīng)分析時(shí)，通常要進(jìn)行地震危險(xiǎn)性分析，提供相應(yīng)于W個(gè)設(shè)防水準(zhǔn)（E1,E2）的人工地震波。考慮到土動(dòng)力特性參數(shù)比較復(fù)雜，在地震危險(xiǎn)性分析中所應(yīng)用的一些主要參數(shù)均有一定區(qū)問，因此地震危險(xiǎn)性分析必須提供3-5組人工地震波以供比較分析。將所得的兒組地震波，分別作為地震輸人，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行時(shí)程反應(yīng)分析，選取能激起結(jié)構(gòu)最大反應(yīng)的那一組地震波，作為結(jié)構(gòu)的地震輸人。2）橋梁抗震能力驗(yàn)算橋梁抗震能力驗(yàn)算參照《城山*橋梁抗震設(shè)計(jì)