《浅谈桥梁抗震设计 》.doc

浅谈桥梁抗震设计 摘要：桥梁工程在现代交通网络中起着重要的枢纽作用，但桥梁容易受到地震等自然灾害的破坏作用，从而造成人员伤亡和财产损失，并使交通中断。本文简单介绍了地震形成的原因及对桥梁造成的危害，并对桥梁抗震设计进行了简单的分析。 关键词：地震形成 桥梁破坏 结构抗震计算 抗震设计 抗震措施 桥梁抗震是为避免桥梁遭受地震的破坏所采取的技术措施。最近20余年来，全球的多次破坏性地震造成了非常惨重的生命财产损失。一个很重要的原因是，桥梁工程在地震中遭到了严重破坏，切断了震区交通生命线，造成救灾工作的巨大困难，使次生灾害加重，从而导致了非常巨大的经济损失。而现代化城市，随着人口的大量聚集和经济的高速发展，对交通线的依赖性将越来越强，一旦地震使交通线遭到破坏，可能导致的生命财产以及间接经济损失也将会越来越巨大。多次破坏性地震一再显示了桥梁工程遭到破坏的严重后果，也一再显示了对桥梁工程进行正确抗震设计的重要性。 一、地震概述 地球是由地壳、地幔和地核构成。地震是地壳运动的一种表现，与地质构造有密切的关系。按其成因可分为:火山地震、陷落地震、诱发地震和构造地震。其中构造地震发生的次数最多，涉及的范围最广，释放的能量最大，造成的危害也最大，是地震工程研究的主要对象。 构造地震的成因是：由于地应力在某一地区逐渐增加，岩石变形也不断增加，到一定时候，在岩石比较薄弱的地方突然发生断裂错动，部分应变能突然释放，其中一部分能量一波的形式在地层中传播，引起地面震动，就产生地震。 一次地震的大小是由震级来衡量的。按震级的大小，地震可分为威震、有感地震、中强地震和强震。地震破坏作用大小是由地震烈度来衡量的，它表示某一地区的地面和各类建筑物遭受某一次地震影响的强弱程度。对于一次地震来说，震级只有一个，烈度则随着地点的变化而有若干个。以往一个地区的抗震设防一般情况下采用基本烈度，基本烈度是指该地区今后一个时期内，在一般场地条件下可能遭遇到的最大地震烈度。地震的烈度、震动峰值与场地有关，而且随着震中距的加大高频成分的衰减大于低频成分。 当震源岩层发生断裂、错动时，岩层所积聚的变形能突然释放，引起剧烈的振动，振动以弹性波的形式从震源向各个方向传播并释放能量，这种波就称为地震波。地震波分为体波和面波，体波又分为纵波和横波。纵波是由震源向四周传播的压缩波，又称P波，纵波在传播过程中，其介质质点的振动方向与波的前进方向一致，质点间的弹性相对位移疏密相间，所以也称为疏密波，纵波引起地面竖向振动；横波是由震源向四周传播的剪切波，又称S波，横波在传播过程中，其介质质点的振动方向与波的前进方向垂直，横波只能在固体介质中传播，横波引起地面水平方向震动。面波分为瑞利波和乐浦波。当某地发生地震时，纵波先到达地面，而后是横波，最后是面波。 二、 地震灾害现象 地震造成的地表破坏现象主要有地表断裂、滑坡、沙土液化、软土震陷等。 1、地表断裂 地表断裂又称地裂缝, 分为构造地裂缝与重力地裂缝两种。构造地裂缝与地质构造有关，是地震断层错动后在地表留下的痕迹。其切割很深，可以从地壳内的岩层直达地表，不受地貌影响。可延绵数十至上百公里。重力地裂缝是由于地面土质软硬不均匀及微地貌重力影响，在地震动作用下形成的，与震前土质的稳定状态密切相关，在震区分布极广。 2、滑坡 软弱黏性土土坡, 层理倾斜或有软弱夹层等不稳定的边坡, 在地震时由于附加水平力的作用或土层强度降低而发生滑动。导致修筑在这些边坡或附近的建筑物损坏。地震引起的滑坡是山区或丘陵地区的震害特点。在不稳定的人工边坡开挖面及平原地区河岸也会出滑坡。 3、沙土液化 饱和沙土在地震的作用下，结构破坏，土颗粒发生相对位移，体积收缩，孔隙水压力暂时显著增大, 当孔隙水压力上升到与外部压力相等时，沙土颗粒便形同“液体”呈悬浮状态，使土体抗剪强度丧失；另一方面，高压力孔隙水在喷出地面时，同时将沙土颗粒一并带出，形成“喷水冒沙”现象。 4、软土震陷 在强震作用下,土体结构被扰动，强度降低，孔隙水压力增大，从边界排出，软黏土被压密，产生沉隐或不均匀沉陷。这种不均匀沉陷引起的内力重分布可导致结构特别是超静定结构破坏乃至倒塌。 三、桥梁的震害原因 国内外学者对桥梁震害的调查研究结果表明, 现在桥梁的破坏大多沿顺桥向和横桥向发生，而顺桥向震害尤其严重，分析其破坏原因主要表现在以下几个方面，即: 1、地震位移造成的梁式桥梁上部活动节点处因盖梁宽度设置不足导致落梁或梁体相互磁撞引起的破坏, 而对拱式结构则主要表现在拱上建筑和腹拱的破坏，拱圈在拱顶、拱脚产生的破损裂缝，甚至整个隆起变形。 2、由于地基土(如饱和粉细纱和饱和粘沙土)的地震液化影响，同样加大了地震位移的影响，进而放大了结构的振动反应，使落梁的可能性增大。当采用排架桩基础时，则使桩基的承载力降低, 从而造成与地震反应无关的过大的竖向和横向位移,而简支梁桥对此尤为明显。另外，由于地基软弱，地震时当部分地基液化失效后引起了结构物的整体倾斜, 下沉等严重变形，进而导致结构物的破坏，震害较重。 3、支座破坏，在地震力的作用下，由于支座设计没有充分考虑抗震要求, 构造上连接与支挡等构造措施不足, 或由于某些支座型式和材料上的缺陷等因素, 导致了支座发生过大的位移和变形，从而造成如支座锚固螺栓拔出、剪断、活动支座脱落及支座本身构造上的破坏等，并由此导致结构力的传递形式的变化，进而对结构的其他部位产生不利的影响。 4、软弱的下部结构破坏, 即由于桥梁下部结构不足以抵抗其自身的惯性力和支座传递的主梁的地震力，导致结构下部的开裂、变形和失效，甚至倾覆，并由此引起全桥的严重破坏。 5、在松软地基上的桥梁，特别是特大桥、大中桥,地震时往往发生河岸滑移,使桥台向河心移动，导致全桥长度的缩短，这类震害是比较严重的。 6、另外桥梁结构的震害还表现在如结构构造及连接不当造成的破坏、桥台台后填土位移过大造成桥台沉降或斜度过大造成桥墩台承受过大的扭矩而引起的破坏等多种原因。 四、桥梁震害破坏形式 桥梁的震害无非就是发生在桥梁的组成部位上的破坏。通常桥梁都是由上部结构、支持连接构件、墩台等下部结构和基础组成。所以桥梁震害大体分为四类： 1、上部结构破坏对于梁式结构由于地震效应造成结构本身的破坏在报道中见的不多。梁式结构破坏多是在地震作用下支撑连接构件破坏或下部结构失效导致的落梁。而落梁对墩台侧壁的撞击又对下部