第一篇：關(guān)于高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計分析論文

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(gòu)橋梁在交通道路建設(shè)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(shè)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(shè)計要求極為嚴格。高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計具有良好抗震能力，分析其抗震設(shè)計，對于其完善與發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：高墩；大跨徑：連續(xù)鋼構(gòu)梁；抗震設(shè)計高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋簡介

鋼構(gòu)橋結(jié)構(gòu)較為特殊，是將墩臺與主梁整體固結(jié)。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(gòu)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(jié)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(zhuǎn)換，減少了施工工序。該結(jié)構(gòu)可保持連續(xù)梁無伸縮縫，使行車平順。此外還具有無需設(shè)置支座和體系轉(zhuǎn)換功能，橋梁結(jié)構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的影響。

其突出受力結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為橋墩與橋梁固結(jié)為整體，通過共同承受荷載進而較少負彎矩；該橋梁結(jié)構(gòu)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。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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)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(cè)壁，對下部結(jié)構(gòu)造成巨大沖擊力，因而破壞力極大。

2.3 下部結(jié)構(gòu)

橋梁的下部包含基礎(chǔ)、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(shè)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?；A(chǔ)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。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(shè)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(shè)計不合理，原材料質(zhì)量不達標，施工出現(xiàn)操作失誤等。高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計分析

4.1 重視高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋的總體布置

地震時橋墩頂部位移較大，采用連續(xù)鋼構(gòu)結(jié)構(gòu)有助于減少落梁。墩梁固結(jié)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(shè)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(jié)構(gòu)，因而其設(shè)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(shè)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(gòu)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(jié)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。高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)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(shè)計時出現(xiàn)誤差，從而影響橋梁抗震時安全性，因而在設(shè)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(shè)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(shè)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(jié)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(shè)計中應用廣泛，但在處理罕見地震時存在局限。高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋抗震措施

6.1 重視橋墩臺處檔塊設(shè)計

地震中抗震檔塊出現(xiàn)剪裂現(xiàn)象，表明其設(shè)計對于提高橋梁整體抗震能力具有重要作用。在設(shè)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(jié)構(gòu)的橋梁，應根據(jù)實際需要設(shè)計不同尺寸的檔塊。

6.2 可對支座進行隔振處理

設(shè)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(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，有助于完善橋梁總體設(shè)計，提高橋梁抗震能力，減少經(jīng)濟損失，并提高橋梁安全性。

參考文獻

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第二篇：高烈度地震區(qū)中小跨徑公路橋梁抗震設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究

高烈度地震區(qū)中小跨徑公路橋梁抗震設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究

“高烈度地震區(qū)中小跨徑公路橋梁抗震設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究”屬交通運輸部西部交通建設(shè)科技項目(合同編號：2009 318 000 096)。項目對汶川地震中中小跨徑公路橋梁的震害特征進行了歸納和總結(jié),在此基礎(chǔ)上,開展中小跨徑橋梁的抗震關(guān)鍵技術(shù)研究。研究成果解決了中小跨度橋梁概念設(shè)計、斜、彎坡橋設(shè)計特殊方法和措施、減隔震設(shè)計實用化等關(guān)鍵技術(shù)問題,對我國中小跨徑橋梁抗震設(shè)計水平的提高有重要促進作用,從根本上提高西部地區(qū)新建交通網(wǎng)絡抵御地震災害的能力。項目在對國內(nèi)外歷次大地震的橋梁震害進行調(diào)查歸納的基礎(chǔ)上,對汶川地震中1540座中小跨徑橋梁的震害進行系統(tǒng)分析,得出了汶川地震中小跨徑橋梁震害特征;針對震害特征對既有中小跨徑橋梁的抗震設(shè)計技術(shù)與構(gòu)造措施進行了回顧與審視。主要針對抗震設(shè)防標準與性能目標合理性、橋梁延性構(gòu)件設(shè)計方法及構(gòu)造措施、橋梁能力保護構(gòu)件設(shè)計方法及構(gòu)造措施、橋梁擋塊計算及構(gòu)造措施、橋梁防落梁措施、我國公路橋梁現(xiàn)行抗震設(shè)計方法及抗震構(gòu)造措施等內(nèi)容開展檢討分析;開展中小跨徑橋梁的適宜的抗震結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)體系、地形適應性、橋墩形式的選擇等關(guān)鍵技術(shù)研究,形成中小跨徑橋梁抗震概念設(shè)計體系;針對彎、斜、坡橋開展地震響應、碰撞效應、簡化計算分析方法、抗震構(gòu)造措施開展研究,解決彎、斜、坡橋抗震設(shè)計問題;對中小跨徑橋梁隔震技術(shù)的簡化計算方法、實用化和體系化技術(shù)開展研究,對比了國、內(nèi)外減隔震橋梁主梁限位及防落梁措施,建立了限位裝置的計算方法。解決我國中小跨徑橋梁隔震應用中的技術(shù)難題,并形成中小跨徑橋梁的防落措施體系;并在上述研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合交通運輸部“汶川地震災后重建公路抗震減災關(guān)鍵技術(shù)研究重大專項”的部分研究成果,編寫了《高烈度山區(qū)新建中小跨徑橋梁抗震設(shè)計技術(shù)應用指南》。項目組研究人員經(jīng)過近3年的刻苦攻關(guān)、精心研究,超額完成了合同規(guī)定的各項研究內(nèi)容、技術(shù)指標及經(jīng)濟指標,取得了5項重大科技成果和8項主要科技成果,攻克關(guān)鍵技術(shù)5項,并申請了2項國家發(fā)明專利。研究成果具有以下顯著特點： 1.揭示了山區(qū)中小跨徑橋梁在高烈度地震作用下的震害特征和基本規(guī)律。2.構(gòu)建了利用主梁和支座間的滑動,結(jié)合墩臺限位裝置或抗震制動墩等控制梁體地震作用下變位的抗震設(shè)計方法。3.提出了考慮橋墩集成剛度的中小跨徑橋梁橋型選擇、聯(lián)跨布置、連接與支承等方面的設(shè)計準則和技術(shù)要求,完善了中小跨徑橋梁抗震設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容。4.研發(fā)了三向限位的組合型鋼抗震耗能擋塊。5.編制了《高烈度山區(qū)新建中小跨度橋梁抗震設(shè)計技術(shù)應用指南》,可為修編相關(guān)橋梁抗震規(guī)范提供技術(shù)支撐。項目研究成果在四川雅安至西昌、映秀至汶川等高速公路的設(shè)計中得到了應用,對我國高烈度地震區(qū)中小跨徑公路橋梁抗震設(shè)計的進步具有重要的推動作用,社會經(jīng)濟效益顯著。

【完成人】：莊衛(wèi)林，劉振宇，蔣勁松，李建中，王克海，唐光武，趙燦暉，冮大興，郭曉東，楊昌鳳，馮學剛，李茜，苗宇，胡建新，蘭海燕，楊興旺，殷強，曹發(fā)輝，韋韓，羊勇，管仲國，鄭萬山，張顯明，張又進，劉懷林

山區(qū)中小跨徑高墩梁橋抗震設(shè)計優(yōu)化技術(shù)研究

1、課題來源與背景 我國高等級公路建設(shè)已經(jīng)進入了地形復雜的山區(qū),很多又是高烈度地震區(qū),給橋梁工程帶來了新的挑戰(zhàn)。國內(nèi)外研究集中在高墩、大跨橋梁,針對量大面廣的中小跨徑高墩非規(guī)則梁橋的抗震研究相對較少。在非規(guī)則高墩橋梁的抗震設(shè)計工作中,仍普遍借用、套用中、低墩規(guī)則橋梁的設(shè)計方法,可能會給結(jié)構(gòu)帶來極大的安全隱患。因此,開展中小跨徑高墩非規(guī)則梁橋的相關(guān)研究,有助于完善特殊橋梁的抗震設(shè)計理論,促進特殊橋梁設(shè)計水平的提高,對山區(qū)高墩橋梁的設(shè)計工作具有直接、現(xiàn)實的指導意義?！吧絽^(qū)中小跨徑高墩梁橋抗震設(shè)計優(yōu)化技術(shù)研究”由河南中原公路勘察設(shè)計有限公司利用自有資金立項,長安大學為協(xié)作研究單位。通過對多項設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)開展研究攻關(guān),并將其應用于工程實踐。

2、技術(shù)原理及性能指標 本項目針對山區(qū)中小跨徑以及高墩梁橋的抗震設(shè)計技術(shù)優(yōu)化進行了研究,屬于應用基礎(chǔ)研究。本研究從抗震設(shè)計及分析理論出發(fā);首先進行橋墩、支座組合選型研究,探索不等墩高橋梁地震反應特點的一般規(guī)律;其次揭示高墩破壞過程、破壞機理及性能指標;然后總結(jié)延性設(shè)計及能力保護設(shè)計的要求、減隔振裝置及分析模擬方法、抗震構(gòu)造措施設(shè)計;最后總結(jié)出結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計要點,得到一套系統(tǒng)的設(shè)計理念和方法,可供設(shè)計人員直接參考。

3、技術(shù)的創(chuàng)造性與先進性““與國內(nèi)外同類技術(shù)比較,本項目成果：(1)以下3個成果是國際首次系統(tǒng)提出或研究： ①支座與橋墩的聯(lián)合選型;②調(diào)整支座或橋墩剛度來達到剛度平衡的敏感性及適用范圍;③支座、限位裝置、連梁裝置的作用順序研究。(2)以下2個成果是國內(nèi)首次系統(tǒng)總結(jié)： ①抗震概念設(shè)計;②圓型墩直徑、配筋率、系梁的全套設(shè)計參數(shù)研究。(3)以下3個成果對工程設(shè)計具有很強的直接參考作用： ①抗震分析與設(shè)計方法, ②不等墩高橋梁的地震反應特點, ③高墩橋梁的抗震性能指標和破壞機理。

4、技術(shù)的成熟程度,適用范圍和安全性 本項目研究工作基于良好的研究基礎(chǔ)和正確研究方法,采用可靠的研究手段,研究成果得到了實踐檢驗,具有較好的成熟度。本研究成果可直接適用于橋梁抗震設(shè)計,尤其適用于量多面廣的中小跨徑非規(guī)則連續(xù)梁橋的抗震設(shè)計,可提高橋梁抗震設(shè)計及安全水平,可簡化設(shè)計流程,降低設(shè)計成本。

5、應用情況及存在問題 研究成果已在“鶴壁市連接線北延Ⅱ期工程K23+904大橋”等橋梁設(shè)計中得到應用,正在設(shè)計的多座橋梁中也采用了本項目研究成果。研究成果具有良好的推廣應用前景,可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

6、歷年獲獎情況

【完成人】：張興超，梁鵬，胡宗相，魏方震，羅生舉，肖光昕，趙敬文，郭桂林，王秀蘭，吉世鵬，段瑞芳，胡予磊，黃強，龐戰(zhàn)勇，武威，吳曉靜，張小戎，任丙彥，曹鋒軍，劉冰