高烈度山区桥梁抗震技术探讨

1、高烈度山区桥梁抗震技术探讨高烈度山区桥梁抗震技术探讨 通过对汶川大地震灾害经验中发现，在设计过程中，应以工程概念为依据，首先从有利于提高结构抗震力的概念上，用符合工程客观规律和本质的方法，对所设计的对象作宏观的控制。 调查与分析桥梁的震害及其产生的原因是建立正确的抗震设计工作方法，采取有效抗震措施的科学依据。概念设计重于计算设计 2011年6月，我院承接了四川绵阳至九寨沟高速公路平武至九寨沟段初步设计任务，本项目属于山岭区，地形起伏极大，依据中国地震动参数区划图，本标段内路线走廊带地震动峰值加速度为0.2g，地震烈度为度。“5.12”汶川地震桥梁震害表现形式: 梁体位移、落梁破坏。 支座破坏。

2、 桥墩、台破坏及损伤。 桥梁基础损坏。 地震诱发的次生地质灾害高烈度山区桥梁抗震技术探讨桥梁支座震害下部结构震害Part 1Part 2Part 3上部结构震害课程开发Part 4Part 5Part 6基础的震害次生灾害引起的震害桥梁抗震计算设计上部结构震害一 据调查，上部结构自身因直接地震力效应损坏的比较少，因支承连接件失效、梁相对墩（台）位移过大、或梁间破坏等引起的落梁、主梁移动、扭曲、挡块破坏、裂缝等现象较多。 主梁移动震害包括纵桥向移位、横桥向移位和平面旋转。1、震害分析上部结构震害一2、对策加强桥面纵向连续性，优化盖梁断面，增加主梁搁置长度。增加主梁限位装置，尤其要增加高墩多联长桥

3、的防落梁措施。充分考虑不同联跨的偶联作用，在伸缩缝处增设防落装置。对于高墩桥梁，增加高墩的弹塑性分析，避免个别高墩自振周期与整体结构自振周期相差过大。设计中应将支座、主梁搁置长度、主梁限位装置作为一个统一的防落梁系统来考虑。纵桥向移位的对策上部结构震害一应尽量减少弯、斜桥的比例。横桥向移位的对策横向挡块应根据跨径、不同结构型式采用不同的尺寸，结构配筋必须注意具备足够锚固长度。为避免挡块撕裂性破坏，应适当增加挡块与梁体间的距离，并在两者间设置木块、橡胶垫块等缓冲装置。桥梁支座震害二1、震害分析 桥梁支座是桥墩与梁体联系、传力的关键部位，强震时梁的纵、横向位移过大，支座受到很大剪力和变形，导致支座

4、破坏，汶川地震支座破坏的型式主要表现为支座锚固螺栓拔出、剪断、活动支座脱落、支座撕裂及滑移等。二 对支座抗震设计时，要求支座的锚栓、防震板等除有足够的抗震强度外，还要考虑有足够安全的防落梁和隔震支座。2、对策桥梁支座震害对策 在简支的相邻之间安装纵向约束装置及增加支座支承面宽度。三 桥梁是多支点的长线形结构，桥墩间的差动位移也相对较大。在地震瞬间反复震动作用下，盖梁下方或柱身与基础的联接处常出现受压边缘混凝土崩溃、钢筋裸露屈曲、钢筋从浅基础中被拔出等破坏。下部结构震害1、震害分析桥墩混凝土压裂、崩碎桥台移动翼墙损坏三（1） 桥型结构应有明确的计算简图及合理的地震作用传递路径。（2）提高钢筋混凝

5、土结构的延性使其承受较大的塑性变形，并避免发生累计损伤效应。（3）应根据抗剪计算配置横向箍筋，把箍筋作为受力钢筋来对待，并加密箍筋的间距以保证足够的配股率，实现对核心混凝土的约束作用。（4）横系梁的设置应防止出现强梁弱柱效应，保证第一塑性铰产生在横系梁而不是桥墩上。（5）桩柱式结构应尽量避免在桥墩底出现整齐的施工接缝，防止抗剪薄弱面德出现。（6）加装墩梁联动装置解决桥墩水平地震力分配严重不均。（7）合理设置墩系梁，加强墩柱整体性。（8）应进行结构在罕遇地震下弹塑性变形的验算，根据可能出现塑性铰处按实配钢筋，并采用材料强度标准值和轴压力计算出的弯矩承载能力，考虑超强系数来计算。（9）施工中严禁纵

6、筋在柱脚等关键受力部位的截断或搭接，高烈度区严禁使用卵石作为粗骨料。下部结构震害2、对策四 在承载力不很高的砂质粘土，粘土砂质土等地基中，由于地震引起地基液化，剪切强度降低，承载力下降，使桥梁基础及桥台受静力压力和地震力压力的作用而沿液化层水平滑移或转动，引起基础下沉、地基失效，进一步引起桥梁墩台的沉陷，导致墩身开裂，下部桥梁垮塌。基础的震害1、震害分析山体滑坡造成桥梁倒塌四2、对策基础的震害1桥梁选址宜建造在坚硬的场地上，尽量避开易液化地基及软土地基等不良场地。2若无法避开易液化地基及软土地基等不良场地，应考虑对地基进行处理或采用深基础。五 地震诱发次生地质灾害对桥梁的破坏指在地震波作用下与

7、地震同步发生、或在余震期间或更长时间内诱发公路两侧边坡崩塌、划破、泥石流等引起的震害。高速公路以特殊的线型结构，穿越不同的地质单元，不可避免的穿越不同的构造带，震后由次生灾害造成的灾害损失的综合往往也最大，修复相当困难。汶川地震中，破坏严重及倒塌的桥梁中相当大一部分是由地质次生灾害引起。次生灾害引起的震害1、震害分析桥梁抗震设防类别适用范围A类单跨跨径超过的特大桥B类单跨跨径不超过的高速公路桥梁及二级公路上的特大、大桥五 桥位选择应尽量远离陡坡危岩落石影响方位。 桥位选择要尽量远离断裂带，尤其应避免与断裂带小角度交叉。对于必须通过不良地质病害的桥位应进行处治。 高烈度区公路跨越峡谷、河流，尽量

8、采用桥梁方案，避免改沟并沟最终导致堰塞湖产生。 应特别重视桥梁附近山体的边坡防护。 选择易于修复的桥梁方案并制定相应的应急预案。2、对策次生灾害引起的震害六 本项目路线所经区域地震动反应谱特征周期为0.40.45s，地震动峰值加速度分区为0.10.2g。对应地震基本烈度为78度。 依据公路桥梁抗震设计细则（JTG /TB02-01-2008），确定各桥梁的抗震设防类别、抗震设防目标、抗震设防措施等级及抗震重要性系数Ci。1、桥梁抗震设防目标及设防分类和设防标准桥梁抗震计算设计抗震设防类别设防目标E1地震作用E2地震作用A类一般不受损坏或不需修复可继续适用可发生局部轻微损伤，不需修复或经简单修复

9、可继续使用B类一般不受损坏或不需修复可继续适用应保证不致倒塌或产生严重结构损伤，经临时加固后可供维持应急交通使用桥梁抗震设防类别及目标六1、桥梁抗震设防目标及设防分类和设防标准桥梁抗震计算设计桥梁分类E1地震作用E2地震作用A类1.01.7B类0.43（0.5）1.3（1.7）设防烈度桥梁分类780.1g0.15g0.2g0.3gA类899本项目无B类889抗震设防措施等级抗震重要性系数Ci六（1）永久作用，包括结构重力（恒载含二期铺装）、预应力、土压力、水压力。（2）地震作用，包括地震动的作用和地震土压力、水压力等。2、作用效应组合桥梁抗震计算设计六 一般情况下，可只考虑水平向地震作用，直线

10、桥可分别考虑顺桥向X和横桥向Y的地震作用。 抗震设防烈度为8度的拱式结构、长悬臂结构及大跨度结构，以及竖向作用引起的地震效应很重要时，应同时考虑顺桥向X、横桥向Y及竖向Z的地震作用。 地震作用分量的组合采用SRSS法，总的地震作用效应 。 当采用时程分析法时，应同时输入三个方向分量的一组地震动时程计算地震作用效应。 桥墩的计算长度与矩形截面短边尺寸之比大于8时，或与圆形截面直径之比大于6时，应考虑P-效应。 根据桥梁所处场地类型确定场地系数Cs、调整特征周期Tg，根据结构类型确定阻尼比（混凝土结构一般取值0.05），最终确定设计加速度反应谱。3、桥梁结构地震作用桥梁抗震计算设计六 对于墩高超过

11、40米，墩身第一阶振型有效质量低于60%，且结构进入塑性的高墩桥梁应作专项研究。 对于单跨跨径不超过150米的混凝土梁桥、圬工或混凝土拱桥等常规桥梁的抗震分析，首先确定是否规则桥梁，对于规则桥梁E1和E2地震作用均可采用反应谱或功率谱分析方法； 对于非规则桥梁则E1采用反应谱、功率谱或时程分析方法，E2采用时程分析方法。4、桥梁结构地震分析桥梁抗震计算设计六 钢筋混凝土桥梁，抗震设计时，墩柱作为延性构件设计。桥梁基础、盖梁、梁体和节点作为能力保护构件设计。墩柱的抗剪强度按能力保护原则设计。 盖梁、基础的设计弯矩和设计剪力值按能力保护原则计算时，应为与墩柱的极限弯矩（考虑超强系数）所对应的弯矩、

12、剪力值；在计算盖梁、节点的设计弯矩、设计剪力值时，应考虑所有潜在塑性铰位置以确定最大设计弯矩和剪力。 墩柱的设计剪力值按能力保护原则设计时，应为与墩柱的极限弯矩（考虑超强系数）所对应的剪力；在计算剪力设计值时，应考虑所有潜在塑性铰位置以确定最大的设计剪力值。5、桥梁结构延性抗震设计桥梁抗震计算设计六6、桥梁结构延性抗震设计桥梁抗震计算设计强度验算变形验算对于B类桥梁顺桥向和横桥向E1地震作用效应和永久作用效应组合后，按现行规范验算桥墩的强度。对于计算长度与矩形截面计算方向的尺寸之比小于2.5的矮墩，顺桥向和横桥向E2地震作用效应和永久作用效应组合后，应按现行规范验算桥墩的强度。在E2地震作用下

13、，一般情况应验算潜在塑性铰区域沿顺桥向和横桥向的塑性转动能力，但对于规则桥梁可验算桥墩墩顶位移；对于高宽比小于2.5的矮墩，可不验算桥墩的变形，但应按现行规范验算强度。 在E1地震作用下，结构在弹性范围内工作，基本不损伤；在E2地震作用下，延性构件（墩柱）可发生损伤，产生弹塑性变形，耗散地震能量，但延性构件的塑性铰区域应具有足够的塑性变形能力.六 在E2地震作用下，应验算板式橡胶支座的支座厚度和抗滑稳定性；应验算活动盆式支座的容许滑动水平位移和固定盆式支座的容许承受最大水平力。7、桥梁的支座验算桥梁抗震计算设计六 特殊桥梁的地震反应分析可采用时程分析法、多振型反映谱法或功率谱法。时程分析结果应与多振型反应谱法相互校核，线性时程分析结果不应小于反应谱法结果的80%。 地震反应分析所采用的地震加速度时程、反应谱和功率谱的频谱应包括含结构第一阶自振周期在内的长周期成分。进行多振型反应