結(jié)構(gòu)工程師考試復(fù)習(xí)常識(shí)10

　　橋梁結(jié)構(gòu)抗震$lesson$

　　seismic resistance of bridge structure

　　在地震區(qū)建造橋梁，為使其對(duì)可能發(fā)生的地震有足夠安全，或減輕震害而便于修復(fù)，要研究橋梁結(jié)構(gòu)抗震。其內(nèi)容包括橋梁震害宏觀調(diào)查，橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)和抗震措施。

　　橋梁震害

　　地震經(jīng)常發(fā)生，據(jù)統(tǒng)計(jì)全世界每年可達(dá)數(shù)百萬(wàn)次，但其中絕大多數(shù)是小地震，不為人們所感覺(jué)，只有極少量震級(jí)M(見(jiàn)地震烈度)在 5級(jí)以上的較強(qiáng)烈的地震會(huì)造成災(zāi)害，平均每年只有十多次。如中國(guó)1976年7月28日3時(shí)42分56秒在唐山豐南的強(qiáng)地震(M=7.8),該地區(qū)公路中等跨度簡(jiǎn)支梁橋的震害大都是擺柱式支座傾倒、固定支座齒板剪脫滑出，有的是墩臺(tái)傾斜，樁柱式墩的基樁折斷，甚至墩倒梁落(見(jiàn)圖);而柔性樁墩的雙曲連續(xù)拱橋的震害多為主拱圈和拱上建筑的小拱圈嚴(yán)重開(kāi)裂，個(gè)別有主拱圈拱起而嚴(yán)重破壞。該地區(qū)的鐵路橋梁因橋墩基礎(chǔ)較好，側(cè)向剛度較強(qiáng)，震害嚴(yán)重程度比公路橋稍輕，如墩臺(tái)沿施工接縫處開(kāi)裂或被剪斷，鋼支座的錨固螺栓被拉出而移位，但落梁事故較少。在其他多地震國(guó)家如日本，橋梁震害也以中小跨度的橋梁為多。日本1964年7月新?地震(M=7.5)時(shí),昭和大橋因河床土層液化導(dǎo)致墩臺(tái)基礎(chǔ)大規(guī)模下沉而落梁。大跨度的懸索橋和斜張橋尚無(wú)因地震墜落的事例，但在日本一些輕便懸索橋有塔柱折斷，纜索破壞的震害。近年來(lái)在多地震國(guó)家如日本、美國(guó)都積極開(kāi)展這類大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的抗震研究。中國(guó)也正在研究地震區(qū)天津市郊建造大跨預(yù)應(yīng)力混凝土斜張橋的抗震性能。

　　橋梁震害的直接起因是：①在強(qiáng)烈地震時(shí)，地形地貌產(chǎn)生劇烈的變化(如地裂、斷層等)，河流兩岸地層向河心滑移等導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的破壞;②地震時(shí)河床砂土液化，地基失效，橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)大量下沉或不均勻下沉引起的破壞;③在地震慣性力作用下，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)某一部分產(chǎn)生的內(nèi)力或變位超過(guò)結(jié)構(gòu)構(gòu)造和材料強(qiáng)度所能承受的限度，從而發(fā)生不同程度的破壞。

　　橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

　　在震害宏觀調(diào)查和理論研究的基礎(chǔ)上,探求橋梁結(jié)構(gòu)震害的規(guī)律,據(jù)以作出橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的規(guī)定。多地震國(guó)家，以及中國(guó)都制定、頒布了和工程有關(guān)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，如《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(1977年試用)和《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(1978年試用)。

　?、俚卣饏^(qū)橋位和橋型選擇。橋位應(yīng)選擇在對(duì)抗震有利的地段，盡可能避免選擇在軟弱粘性土層、可液化土層和地層嚴(yán)重不均勻的地段，特別是發(fā)震斷層地段。如必須設(shè)置在可液化或松軟土層的河岸地段時(shí)，橋長(zhǎng)應(yīng)適當(dāng)增長(zhǎng)，將橋臺(tái)置于穩(wěn)定的河岸上，而橋墩基礎(chǔ)要加強(qiáng)。橋型要選擇抗震性能好、整體性強(qiáng)的結(jié)構(gòu)體系，如連續(xù)梁，無(wú)鉸拱等。如中國(guó)趙州橋，系石拱橋，地處多地震區(qū)，建橋1300多年以來(lái)，經(jīng)歷多次強(qiáng)烈地震，猶屹立未毀。如在軟土地基上選用簡(jiǎn)支梁或懸臂梁體系(帶有掛孔)時(shí)，應(yīng)在構(gòu)造上加強(qiáng)防止落梁的措施。墩臺(tái)結(jié)構(gòu)應(yīng)選用整體性好的結(jié)構(gòu)形式。基礎(chǔ)要埋入穩(wěn)定土層內(nèi)。

　?、谠O(shè)計(jì)烈度。地震時(shí)，各地區(qū)地面受到的影響和程度，稱地震烈度，以度表示。某一地區(qū)今后一定的時(shí)期內(nèi)，可能遭到的最大地震烈度稱基本烈度(一般為百年一遇的最大地震烈度)。各地區(qū)的基本烈度由國(guó)家制定并標(biāo)明在全國(guó)地震烈度圖上。工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)所采用的地震烈度稱設(shè)計(jì)烈度，一般在橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中即按基本烈度取用，特別重要的結(jié)構(gòu)要經(jīng)過(guò)有關(guān)權(quán)限單位批準(zhǔn)后可提高一度作為設(shè)計(jì)烈度。根據(jù)大量震害調(diào)查的事實(shí)表明,在基本烈度7度以下,橋梁震害極為輕微,因而，規(guī)范中規(guī)定橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的一般起點(diǎn)為基本烈度7度，最高9度。7度以下,結(jié)構(gòu)不必進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，高于 9度或有特殊抗震要求的新型結(jié)構(gòu)要專門研究它的抗震設(shè)計(jì)。

　　③設(shè)計(jì)方法。對(duì)一般橋梁工程，則按規(guī)范所規(guī)定的簡(jiǎn)化方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)。中國(guó)規(guī)范是采用反應(yīng)譜理論(見(jiàn)地震作用)，即根據(jù)設(shè)計(jì)烈度，以簡(jiǎn)便的地震荷載系數(shù)計(jì)算地震慣性力，作為地震荷載，然后以一般結(jié)構(gòu)靜力設(shè)計(jì)計(jì)算步驟求得結(jié)構(gòu)最大內(nèi)力和變位，使其控制在規(guī)范容許值的范圍內(nèi)來(lái)確保結(jié)構(gòu)的抗震安全。

　　對(duì)大跨度或特別重要的橋梁結(jié)構(gòu)，應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震動(dòng)力分析(地震反應(yīng)分析)。分析的方法一般是直接根據(jù)建橋地區(qū)在強(qiáng)震時(shí)地面運(yùn)動(dòng)的加速度記錄，依照動(dòng)力學(xué)的原理，應(yīng)用電子計(jì)算技術(shù)，對(duì)結(jié)構(gòu)作地震動(dòng)力分析計(jì)算。對(duì)于已經(jīng)建成的橋梁結(jié)構(gòu)，如不滿足現(xiàn)行規(guī)范抗震設(shè)防的要求，也可通過(guò)結(jié)構(gòu)地震動(dòng)力分析作進(jìn)一步的抗震鑒定和決擇最優(yōu)加固方案。

　　在強(qiáng)烈地震區(qū)，為了經(jīng)濟(jì)，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)可以容許結(jié)構(gòu)局部出現(xiàn)不太嚴(yán)重影響使用和易于修復(fù)的塑性變形、裂縫或損壞;但為了安全目的，則要力求主要承重結(jié)構(gòu)即使遭受嚴(yán)重?fù)p壞也不致倒塌，以減少生命財(cái)產(chǎn)的損失。

　　橋梁結(jié)構(gòu)抗震措施

　　為防止或減輕震害，提高結(jié)構(gòu)抗震能力，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造所作的改善和加強(qiáng)處理，通常稱為抗震措施。各國(guó)的工程結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范對(duì)此都有明確的規(guī)定。對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu),這些措施可歸納為:①對(duì)結(jié)構(gòu)抗震的薄弱環(huán)節(jié)在構(gòu)造上予以加強(qiáng);②對(duì)結(jié)構(gòu)各部加強(qiáng)整體聯(lián)結(jié);③對(duì)梁式橋，要在墩臺(tái)上設(shè)置防止落梁的縱、橫向擋塊，以及上部結(jié)構(gòu)之間的連接件;④加強(qiáng)橋梁支座的錨固;⑤加強(qiáng)墩臺(tái)及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的整體性，增強(qiáng)配筋,提高結(jié)構(gòu)的延性;⑥對(duì)橋位處的不良土質(zhì)應(yīng)采取必要的土層加固措施;⑦須特別重視施工質(zhì)量，如施工接縫處的強(qiáng)度保證等;⑧在重要的大橋上，必要時(shí)需采用減震消能裝置，如橡膠墊塊，特制的消能支座等。