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        橋梁抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)及減隔震技術(shù)的應(yīng)用

        2020-03-06 22:43:27王兆旦王華逄鵬程
        工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2020年21期
        關(guān)鍵詞:支座抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        王兆旦,王華,逄鵬程

        (北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司,北京 100032)

        1 引言

        橋梁為我國(guó)的交通提供了無(wú)數(shù)便利,極大地改善了人們的出行,但安全問(wèn)題也隨之越來(lái)越明顯。我國(guó)是一個(gè)頻繁發(fā)生地震活動(dòng)的國(guó)家,而地震會(huì)對(duì)橋梁安全造成嚴(yán)重的威脅,如海城地震、唐山地震、汶川地震等都給人類(lèi)留下不可磨滅的損失,對(duì)廣大人民群眾的生命安全造成嚴(yán)重威脅,且給整個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)所造成的損失無(wú)法挽回?;诖?,人們需要高度重視橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能的研究。在傳統(tǒng)抗震思想中,為促進(jìn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的顯著提高,可以通過(guò)截面尺寸的增大、配筋的增加來(lái)實(shí)現(xiàn),利用這種“以鋼代鋼”的方法,能夠促進(jìn)結(jié)構(gòu)上部所傳遞的地震效應(yīng)的顯著增強(qiáng),破壞一些薄弱部位,由此會(huì)對(duì)整個(gè)橋梁安全造成嚴(yán)重影響。橋梁減隔震技術(shù)是重要的抗震技術(shù)措施之一,其能夠解決傳統(tǒng)抗震思想弊端,還能夠促進(jìn)橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能的進(jìn)一步提高,從而最大限度地減少地震對(duì)橋梁的破壞。因此,它在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用具有重要價(jià)值。

        2 橋梁抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

        橋梁設(shè)計(jì)中的隔震設(shè)計(jì)可以充分提高橋梁的減震效果,將地震時(shí)的震害降到最小。近年來(lái),歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)隔震設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究和試驗(yàn),取得了一些成果。但我國(guó)在這方面與國(guó)外還有一定的差距,目前的設(shè)計(jì)方法多是借鑒國(guó)外的研究經(jīng)驗(yàn)。橋梁隔震設(shè)計(jì)的目的是減少地震引起的損失??梢栽谝欢ǔ潭壬咸岣邩蛄航Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,從而保證橋梁結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到預(yù)期的抗震效果。此外,在隔震設(shè)計(jì)工作中,設(shè)計(jì)者還可以克服橋梁結(jié)構(gòu)的不平衡,即減小地震對(duì)橋梁的影響。與一般抗震設(shè)計(jì)相比,隔震設(shè)計(jì)的抗震效果明顯提高,在不顯著增加造價(jià)的前提下,橋梁的整體質(zhì)量得到充分保證。在隔震設(shè)計(jì)中采用隔震支座后,外部因素的影響明顯減小,震后可以更換隔震裝置,從而提高了橋梁的安全性【1】。

        3 橋梁抗震設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)途徑

        減隔震技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的隔震或減震效果主要利用的是科學(xué)、合理的操作方式,在受到地震的情況下保證不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的損壞情況。具體工作原理如下:

        1)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中盡量采用柔性支撐結(jié)構(gòu)形式,通過(guò)設(shè)置這種結(jié)構(gòu)形式來(lái)延長(zhǎng)周期,降低地震多造成的比例影響。

        2)縮短自身周期并且延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)位移量,可以借助結(jié)構(gòu)能量耗散能力與阻尼值增加的方式來(lái)實(shí)現(xiàn),為此需要將一些合理的阻尼器式能量耗散基礎(chǔ)元件應(yīng)用到橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中。

        3)為更好地滿(mǎn)足橋梁結(jié)構(gòu)在正常試用下的荷載要求與剛度要求,需要將一定間隔部件合理地設(shè)置在橋梁結(jié)構(gòu)中,便于將整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)支撐起來(lái)。為更好地降低地震所造成的不良影響,結(jié)構(gòu)自振周期需適當(dāng)延長(zhǎng),且需要盡可能地減小結(jié)構(gòu)地震的加速度反應(yīng)。然而,這種設(shè)計(jì)方案會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)位移量的顯著增加,這時(shí)為促進(jìn)結(jié)構(gòu)自振周期的顯著減少 ,防止造成不必要的結(jié)構(gòu)位移增加與位移量過(guò)大,就需要合理地增加阻尼結(jié)構(gòu),最終能夠滿(mǎn)足減隔震的效果要求。

        4 橋梁減隔震技術(shù)探索

        4.1 橋梁工程設(shè)計(jì)中的隔震設(shè)計(jì)原則

        1)研究橋梁是否適合采用隔震設(shè)計(jì),分析橋梁的隔震設(shè)計(jì)是否合適,并判斷系統(tǒng)在地震后如何提高能量吸收能力。如采取隔離措施,應(yīng)盡量采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能適宜的裝置。

        2)盡量采用對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu),防止結(jié)構(gòu)在地震作用下不平衡力過(guò)大而導(dǎo)致橋梁倒塌。實(shí)施隔震措施后,可以改變結(jié)構(gòu)周期,防止地震共振,減小對(duì)橋梁的地震力,發(fā)揮一定的抗震效果,提高其穩(wěn)定性。

        3)注意橋梁的完整性。如果橋梁整體性不好,不僅會(huì)使結(jié)構(gòu)的空間功能得不到充分發(fā)揮,而且結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件也容易脫落。必須保證上部結(jié)構(gòu)盡可能連續(xù),同時(shí)采用有利于提高整體性的連接方式,并在各連接點(diǎn)設(shè)置減震措施,以提高橋梁的穩(wěn)定性。

        4)在橋梁抗震設(shè)計(jì)中可以設(shè)置相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施,提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能,為橋梁的安全穩(wěn)定提供有力保障,最大限度地避免橋梁的坍塌【2】。

        4.2 墩臺(tái)結(jié)構(gòu)的抗震加固措施

        通常情況下,橋梁橋墩的設(shè)置都比較高,因而面臨很大的危險(xiǎn)性。提高結(jié)構(gòu)延性在橋墩抗震設(shè)計(jì)中是一種比較常見(jiàn)的加固措施,在山區(qū)開(kāi)展高橋墩設(shè)計(jì)工作時(shí)需要充分借助鋼混結(jié)構(gòu)并采用空心截面,或者將系梁設(shè)置在橫向墩柱之間,如此一來(lái)能夠促進(jìn)結(jié)構(gòu)之間連接性的不斷增加,又或者可以結(jié)合受力情況適當(dāng)?shù)卦龃笾闹睆健A硗?,為促進(jìn)結(jié)構(gòu)延性、抗剪性能的進(jìn)一步提高,可以將加密箍筋增設(shè)到樁柱的連接位置和墩柱的端部位置,這對(duì)于其抗震能力的提高至關(guān)重要。而橋臺(tái)不僅可以采用與橋墩相同的措施,而且為了緩沖地震作用下所造成的結(jié)構(gòu)變形,還可以將彈性墊塊增設(shè)到梁與擋塊連接處及梁與橋臺(tái)連接處,為提高其抗剪能力,可以通過(guò)增設(shè)樁柱的方式,這對(duì)于有效規(guī)避抗震所造成的風(fēng)險(xiǎn)和促進(jìn)結(jié)構(gòu)安全性能的提高至關(guān)重要。

        4.3 做好實(shí)地考察

        減隔震技術(shù)的應(yīng)用并非在全部條件下的橋梁設(shè)計(jì)方案中都適用,因此,橋梁設(shè)計(jì)人員在確定設(shè)計(jì)方案時(shí)必須深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面分析與考察,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件進(jìn)行充分了解,如橋梁施工地點(diǎn)的土質(zhì)硬度、地基穩(wěn)定性、橋梁結(jié)構(gòu)周期延長(zhǎng)過(guò)程中是否會(huì)出現(xiàn)共振等各種問(wèn)題。在深入了解這些問(wèn)題和實(shí)際情況以后,需要確定隔震技術(shù)是否可以在橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用取得良好的效果。此外,在全面勘察橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)后,需要對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)用性進(jìn)行綜合分析。

        只有將減隔震技術(shù)應(yīng)用到橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,并進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算與分析,才能確定這項(xiàng)技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用所產(chǎn)生的預(yù)期效果;只有全部應(yīng)用條件相符,才能積極地開(kāi)展橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作,確保橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能達(dá)標(biāo)且更加安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。

        4.4 減隔震支座在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

        隔震裝置的設(shè)計(jì)可以從隔震支座的布置、各隔震裝置的直徑、水平位移、阻尼等方面進(jìn)行。可選用橡膠支座來(lái)設(shè)計(jì)隔震支座的布置。在布置時(shí),隔震支座之間的距離應(yīng)在2m 左右,并盡量保持一致。同時(shí),還應(yīng)減小橋梁的扭轉(zhuǎn)。上部結(jié)構(gòu)中心和隔震支座剛度重心可以協(xié)調(diào),使二者盡可能保持一致?tīng)顟B(tài),有效降低橋梁的扭轉(zhuǎn)力。隔震支座的直徑應(yīng)控制在一個(gè)統(tǒng)一的范圍內(nèi),因?yàn)楦粽鹬ё闹睆绞軜蛄旱脑试S值和橋梁類(lèi)型的影響,所以直徑的大小是根據(jù)橋梁的實(shí)際情況來(lái)選擇的。為了準(zhǔn)確測(cè)量隔震支座的水平位移距離,可以先計(jì)算橋梁隔震設(shè)計(jì)中支座力的標(biāo)準(zhǔn)剛度差值。結(jié)合計(jì)算結(jié)果,可以計(jì)算出水平位移的距離,水平位移值應(yīng)始終保持在允許范圍內(nèi)。

        5 結(jié)語(yǔ)

        綜上所述,在橋梁工程中減隔震技術(shù)有助于橋梁抗震作用力效果的顯著提升,即使發(fā)生地震災(zāi)害也不會(huì)影響到橋梁結(jié)構(gòu)。與此同時(shí),需要高度重視各項(xiàng)細(xì)節(jié)工作,確保橋梁能夠安全、穩(wěn)定地運(yùn)行,從而為我國(guó)交通事業(yè)的不斷發(fā)展與進(jìn)步創(chuàng)造良好條件。

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