大跨径桥梁抗震设计探究

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1、大跨径桥梁抗震设计探究　　摘要：通过分析桥梁震害及产生原因，从设计的角度提出提出了在桥梁抗震设计过程中应遵循的一些设计原则和桥梁减、隔震的有效措施，指出合理的结构形式和成功的抗震设计可以大大减轻甚至避免震害的产生，从而很好地达到桥梁结构的防震和抗震效果。关键词：抗震设计；桥梁结构；措施中图分类号：TU973+.31文献标识码：A1、桥梁的震害原因1.1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。1.2由于地基土（如饱和粉细纱和饱和粘沙土）的地震液化影响

2、，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。1.37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。1.4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

3、的。2、对大跨度桥梁的抗震设计，主要从以下几个方面进行研究：2.1土-结构相互作用桥梁通过基础与地基组成一个统一的动力系统，当上部结构的地震作用通过基础反馈给地基时，地基将产生局部变形，从而引起结构的移动和摆动，这就是地基和结构的相互作用。地基条件的变化直接影响到桥梁的抗震性能。恰当的模拟地基的约束与参与桥梁运动的机制，是桥梁结构抗震研究不可缺少的重要部分。地基和结构相互作用对结构影响的大小与地基的软硬，结构的刚柔等情况有关。地基和结构的相互作用一般表现在：（1）改变了地基运动的频谱组成，使接近结构的自振频率的分量获得加强，同时改变了地基振动的加速度幅值，使其小于邻近自由场地的加速度幅值；

4、（2）由于地基的柔性，使结构的基本周期延长；7（3）由于地基的柔性，有相当一部分振动能量将通过地基土的滞回作用和波的辐射作用逸散至地基，使振动衰减，地基愈柔，衰减愈大。国内外的研究表明，在同一次地震作用下，不同类别场地的地面运动是不相同的，同一处的地面及其以下各深度处的运动也是不同的。基于这一基本认识，《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）以反应谱理论为基础，通过采用不同的动力放大系数曲线来考虑场地差异对桥梁地震反应的影响，这对浅基础无疑是简便有效的。然而越来越多的用在桥梁工程中的桩基础一般是比较柔的，这样在地震时上部结构的惯性力将通过桩反馈给地基，使地基产生不容忽视的局部变形，因

5、此必须考虑土-结构相互作用。由于基础是置于由土壤介质所组成的半无限空间体之中，使得在分析时准确模拟实际结构的地震反应过程变得很困难。土体物理性质的复杂性和离散性，场地条件的复杂性，土与基础的脱离、挤压和错动而形成边界条件的不连续性，土体外边界的无限性，土与结构间地震波传输过程中的反射和折射现象等，使得按实际情况建立的分析计算模型十分复杂，实践中只能用更为简单的模型来模拟地基土的约束。最常用模拟地基作用的简化方法是用一组地基弹簧来近似的表示实际的约束功能。2.2多点行波效应7研究表明，在复杂场地条件下，地震动的地形效应不可忽视，地震动的空间变化对大跨度桥梁结构的影响也很重要。地震动的空间变化

6、主要有三个不同的效应组成，即行波效应、不相干效应和局部场地效应。研究桥梁多支承激励地震响应的方法主要有三种，即时程分析法（主要采用行波法）、随机振动分析法和多支承激励反应谱法。地震时从震源释放出来的能量以波的形式传到地表面，在地面上不同的点接收到的地震波可能经过不同的路径、不同的地形和不同的地质条件，反映在地表上的振动当然不会完全相同。即使其它条件完全相同，由于地面上的各点到震源的距离不同，接收到的地震波必然存在时间滞后，即相位差。因此，地面的非一致振动是客观存在的，这已被地震观测结果所证实。地面一致振动假定结构各支点的地震波完全相同，这种假定对于平面尺寸较小的结构物是可以接受的，但对于平

7、面尺寸较大的结构，地面运动的空间变化将是显著的，对地震反应的影响可能是重要的。目前关于桥梁非一致输入地震反应的研究均采用行波法。行波法假定地基条件一致，地震波沿地表面以一定速度传播，结构各支承点处地震波波形不变，只是存在时间滞后和振幅衰减。尽管行波法因上述假设存在诸多局限性，但它仍在一定程度上反映着地震波传播的基本特征，反映大跨度桥梁的地震反应特性。3.7地震波的输入问题在时程分析中，输入地震波是十分关键的因素，如果预估