桥梁工程中的抗震设计浅析

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1、桥梁工程中的抗震设计浅析　　摘要：目前桥梁工程抗震的研究问题是当今热点问题，现就在分析桥梁结构地震破坏的主要形式基础上，阐述了桥梁抗震设计原则，最后对于桥梁抗震设计方法进行分析，重点探讨了桥梁抗震概念设计、桥梁延性抗震设计、地震响应分析及设计方法的改变以及多阶段设计方法等内容。关键词：桥梁工程；抗震破坏；抗震设计中图分类号：TU997文献标识码：A我国是世界上的多地震国家之一，随经济建设和城市化进程的进展，城市抗震防灾日趋重要。在城市综合防灾的研究中，作为交通工程的枢纽-桥梁工程的抗震设计与研究则是重中之重

2、，因为它将极大影响震后救灾工作的开展。本文将在介绍桥梁抗震设计方法的基础之上，重点探讨反应谱法及动态时程分析法的研究现状和展望。1桥梁抗震设计方法1.1桥梁抗震概念设计7抗震概念设计是指根据地震灾害和工程经验等获得的基本设计原则和设计思想，正确地解决结构总体方案。材料使用和细部构造，以达到合理抗震设计的目的。合理抗震设计，要求设计出来的结构，在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合，使结构能够经济地实现抗震设防的目标。应当指出，强调概念设计重要，并非不重视数值计算，而是为了给抗震计算创造出有利条件，使计算分析

3、结果更能反映地震时结构反应的实际情况。桥梁抗震概念设计阶段的主要任务是选择良好的抗震结构体系，主要根据桥梁结构抗震设计的一般要求进行，对于采用延性抗震概念设计的桥梁，还包括延性类型选择和塑性耗能机制选择。1.2桥梁延性抗震设计目前延性抗震验算所采用的破坏准则主要有：强度破坏准则、变形破坏准则、能量破坏准则、基于低周疲劳特征的破坏准则以及用最大变形和滞回耗能来表达的双重指标破坏准则等。在对悬臂式单质点系统的非线性地震反应进行分析后，将其破坏机理总结为：在形成完全的塑性反应之前，出现某种程度的塑性应变，由此而消

4、耗的能量自然的构成结构等效粘滞阻尼的一部分；当完全进入塑性变形后，产生塑性漂移，并在单方向发展直到倒塌发生，他认为塑性反应阶段，保证结构不破坏的条件是让其保有足够的耗能能力。1.3地震响应分析及设计方法的改变7随着人们对地震动和结构动力特性理解的加深，目前已经发展了多种抗震设计理论和地震响应的分析设计方法。从地震动的振幅、频谱和持时三要素来看，抗震设计的静力理论只考虑了高频振动振幅的最大值；反应谱理论虽考虑了振幅和频谱，但持时则始终未能得到明确的反映；动力理论不但考虑了地震动的持时，而且还考虑了地震动中反应

5、谱不能概括的其他特性。2设计方法的研究动态因反应谱法和动态时程分析法都明显地各有其成功的一面，所以目前国内外主要是针对这两种方法进行了广泛的研究。2.1反应谱法反应谱方法概念简单、计算方便，可用较少的计算量获得结构的最大反应值。但是它显然存在一些不足，近些年众多学者均在围绕以下几方面来发展这种方法：1）该法基于弹性假设，应用叠加原理，只反应了地震动强度和平均频谱特性，属于一种等效静力方法，使用范围受限，目前众多学者致力于发展非弹性反应谱。2）该法只得到最大反应，不能求得结构在地震激励下的反应时程，略去了地震

6、动持续时间这个重要因素对结构物的影响，需研究如何提出反应谱的合理组合方法提高计算的准确度。73）对于大型桥梁，地震动的空间变化非常明显，采用何种方法使应用反应谱法能考虑这种多点地震动激励的行波效应。解决好上述三方面问题，反应谱曲线的长周期部分将得到补充，能合理解决非线性问题，则反应谱法的应用范围能够较大拓展，从研究进展来看该法至今还是一种很有潜力的方法。2.2动态时程分析法动态时程分析法虽然计算繁杂，但是能精确考虑地基与结构的动力相互作用、地震时程相位差以及多点多维激励、结构的各种复杂非线性因素（包括几何、

7、材料、边界连接条件等）以及分块阻尼等，所以是一种公认的精细分析方法。目前的研究主要围绕地震动多点多维变相位激励输入、土-桥梁动力相互作用、结构的各种非线性以及地震分析的专用程序这些方面。3桥梁结构抗震设计计算模型3.1缆索单元目前计算缆索线形的方法可以分为解析法和有限元法。现在重点谈谈在有限法计算缆索单元的非线性刚度矩阵等效弹性模量。在斜拉桥或悬索桥中,缆索的垂度影响缆索的表观刚度,随着缆索张力的增加,垂度减少,倾斜缆索的轴向表观刚度增加,简便计算方法是等效弹性模量计算方法。3.2支座单元7支座是桥梁结构最

8、易受地震作用损害的部位之一。支座及其它连接部件的力学性能和构造特点对桥梁主体结构的地震反应和抗震性能的影响很大。桥梁减震、隔震措施也重点放在支座以及其它连接部位的减震耗能处理上面。正确地设计和描述支座的性能在桥梁抗震、减震和地震反应分析中十分重要。3.2.1支座系统一般的桥梁支座由四部分组成。普通板式橡胶支座、滑板橡胶支座、弧形钢板等耗能器、挡板或预应力拉索。3.2.2支座计算模型普通板式橡胶支座的恢复力特性可近