一、橋梁結(jié)構(gòu)地震破壞的主要形式

(一)支座破壞,是指上部結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的地震慣性力通過支座構(gòu)件傳遞到下部結(jié)構(gòu),當(dāng)傳遞的荷載強(qiáng)度超出支座構(gòu)件的設(shè)計(jì)強(qiáng)度值時(shí),支座發(fā)生破壞的現(xiàn)象。對于橋梁的下部結(jié)構(gòu),支座的破壞消解了大部分的地震力,避免了地震力傳遞至墩臺結(jié)構(gòu),避免了橋梁下部主體結(jié)構(gòu)的損害程度,但同時(shí)支座的破壞可能會引起落梁等進(jìn)一步的橋梁震害,

(二)落梁破壞,是指橋梁的梁板構(gòu)件在地震時(shí)發(fā)生的水平位移超出梁板端部的支撐長度時(shí)發(fā)生梁體掉落的現(xiàn)象。落梁現(xiàn)象發(fā)生地震時(shí)在橋墩之間相對位移過大、支座喪失約束能力、梁的有效支撐長度不足、梁間碰撞劇烈等情況下。

二、橋梁抗震設(shè)計(jì)的基本原則

要達(dá)到合理抗震的設(shè)計(jì)目標(biāo)要求,橋梁設(shè)計(jì)工程師需要深入的了解影響結(jié)構(gòu)對地震反應(yīng)的基本因素,并擁有豐富的工程經(jīng)驗(yàn),在符合現(xiàn)行規(guī)范的前提之下充分發(fā)揮主觀的創(chuàng)造能力;谀壳暗墓こ汤碚撝R和歷次橋梁地震災(zāi)害的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),橋梁工程的抗震設(shè)計(jì)要遵循一些基本的設(shè)計(jì)原則。

(一)工程建設(shè)場地的選擇橋梁工程的建設(shè)場地盡量選擇地質(zhì)情況穩(wěn)定的地方,盡量選擇土質(zhì)堅(jiān)硬的區(qū)域,避免地震時(shí)可能發(fā)生的松軟場地的地基失效現(xiàn)象。

(二)結(jié)構(gòu)體系的整體性和規(guī)則性橋梁結(jié)構(gòu)較好整體性可以有效的防止橋梁構(gòu)件在地震發(fā)生時(shí)的掉落,并能是結(jié)構(gòu)發(fā)揮良好的空間作用,因此盡量采用連續(xù)的橋梁上部結(jié)構(gòu)以保證橋梁的整體性。除此之外,橋梁結(jié)構(gòu)的布置還要做到尺寸、剛度和質(zhì)量的均勻、規(guī)整及對稱,避免突然的變化引起地震力的集中。

(三)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的強(qiáng)度和延性的提高地震時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)的破壞源自于地震引起的橋梁結(jié)構(gòu)的震動,在橋梁抗震的設(shè)計(jì)中除了要盡量減少地震力從地基傳遞至橋梁結(jié)構(gòu),還要使橋梁結(jié)構(gòu)本身具備足夠的強(qiáng)度和延性,來抵抗非預(yù)期破壞的發(fā)生。在現(xiàn)有技術(shù)條件下,在盡量不增加結(jié)構(gòu)自身重力和不改變結(jié)構(gòu)剛度的前提之下,提高橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與延性兩種方式是提高橋梁結(jié)構(gòu)抗震能力的有效途徑。結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度與延性是保證結(jié)構(gòu)整體抗震能力的三個(gè)主要參數(shù)要素,剛度可以有效的控制結(jié)構(gòu)變形,而延性可以有效的控制強(qiáng)度與剛度在反復(fù)地震力作用下的衰退現(xiàn)象。

(四)能力設(shè)計(jì)的原則能力設(shè)計(jì)思想強(qiáng)調(diào)強(qiáng)度安全度差異,即在不同構(gòu)件,如延性構(gòu)件和能力保護(hù)構(gòu)件,和不同破壞模式,如延性破壞和脆性破壞模式之間建立各自不同的強(qiáng)度和安全度。通過強(qiáng)度與安全度的差異化,確保橋梁結(jié)構(gòu)在地震的作用下以延性形式進(jìn)行反應(yīng),避免發(fā)生脆性的破壞模式。類似于建筑抗震設(shè)計(jì)中的強(qiáng)柱弱梁,強(qiáng)剪弱彎和強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件的抗震設(shè)計(jì)思想

(五)設(shè)置多道抗震防線采用冗余設(shè)計(jì)的思想,盡量使橋梁結(jié)構(gòu)具備多道抵抗地震力的防護(hù)體系,以便在第一道抗震防線發(fā)生破壞后,有備用的第二道防線用于支撐橋梁結(jié)構(gòu)的抗震需求,避免發(fā)生嚴(yán)重的橋梁損壞。例如在同時(shí)設(shè)置抗震錨栓與抗震擋塊,可以有效的防止地震時(shí)落梁的發(fā)生。

三、橋梁抗震設(shè)計(jì)的幾個(gè)方法

(一)橋梁抗震的概念設(shè)計(jì)抗震概念設(shè)計(jì)是指根據(jù)以往地震災(zāi)害和工程抗震的經(jīng)驗(yàn)等獲得的基本抗震設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想,用以提出正確地橋梁結(jié)構(gòu)總體方案、材料的選擇和細(xì)部的構(gòu)造等,從而達(dá)到合理抗震的設(shè)計(jì)目的。合理抗震設(shè)計(jì)即要求設(shè)計(jì)出來的結(jié)構(gòu),在強(qiáng)度、剛度和延性等指標(biāo)上擁有最佳的指標(biāo)組合,使結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性和抗震設(shè)防的雙重目標(biāo)。橋梁抗震概念設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是選擇合適的抗震結(jié)構(gòu)體系,一般是根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的規(guī)范要求進(jìn)行。對于采用延性抗震概念設(shè)計(jì)的橋梁,還包括延性類型選擇和塑性耗能機(jī)制選擇。橋梁抗震的概念設(shè)計(jì)十分重要,其為抗震設(shè)計(jì)的數(shù)值計(jì)算創(chuàng)造了有利條件,使計(jì)算分析結(jié)果能更好的反映地震時(shí)結(jié)構(gòu)反應(yīng)的真實(shí)情況。

(二)地震響應(yīng)分析方法的改變隨著人們對地震動力和結(jié)構(gòu)動力不斷了解,抗震設(shè)計(jì)的理論和地震響應(yīng)的分析設(shè)計(jì)方法也發(fā)展出多種方法。從地震動的振幅、頻譜和持時(shí)三要素來看,抗震設(shè)計(jì)的動力理論不但考慮了地震動的持時(shí),而且還考慮了地震動中反應(yīng)譜不能概括的其他特性,較之靜力理論和反應(yīng)譜理論有著更全面的優(yōu)點(diǎn)。

(三)多階段設(shè)計(jì)方法伴隨著地震產(chǎn)生機(jī)理、地震的動特性及地震作用下各類結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、動力特性和構(gòu)件能力研究的不斷深入,加上不同的結(jié)構(gòu)在不同概率的地震作用預(yù)期下的性能目標(biāo)的各不相同,促使著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)原則、設(shè)防水準(zhǔn)等多個(gè)方面進(jìn)行著不斷的改變和進(jìn)步。橋梁工程的抗震設(shè)計(jì)也由原來的單一設(shè)防水準(zhǔn)的一階段設(shè)計(jì),改進(jìn)為雙水準(zhǔn)或三水準(zhǔn)的兩階段和三階段設(shè)計(jì)方式,甚至是基于結(jié)構(gòu)性能的多水準(zhǔn)設(shè)防、多性能目標(biāo)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)方式。

四、結(jié)語

橋梁工程的抗震設(shè)計(jì)仍是一個(gè)不斷發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域,相信隨著地震數(shù)字模擬技術(shù)的不斷發(fā)展及橋梁抗震新技術(shù)和新工藝的不斷翻新,橋梁工程的抗震設(shè)計(jì)將會日趨成熟。