橋梁抗震設(shè)計研究
2015-06-05
1工程概況
綿陽至九寨溝高速公路位于四川省北部，南臨成都平原，東靠川北重鎮(zhèn)廣元，北接甘肅隴南地區(qū)，西面是岷山-岷江一線。項目整體位于四川盆地邊緣向青藏高原的過渡地帶，地形依次表現(xiàn)為河谷平原-低山丘陵-中山-高山-極高山，地形起伏大。
項目區(qū)近代地殼活動大致以龍門山和滎經(jīng)－馬邊－鹽津斷裂帶為界，即四川盆地西緣為界可分為東西兩部分，斷裂活動強度半導(dǎo)體表現(xiàn)為西強東弱，地震活動表現(xiàn)也與此相同。項目區(qū)地處川青斷塊強烈活動斷裂構(gòu)造區(qū)，線路跨越了龍門山斷裂帶，屬于地震強烈活動區(qū)，地殼穩(wěn)定性較差，易導(dǎo)致地震災(zāi)害和其它次生地質(zhì)災(zāi)害。
2橋梁抗震概念設(shè)計
橋梁工程作為高速公路的重要組成部分，在高烈度地區(qū)橋梁抗震設(shè)計是山區(qū)高速公路抗震設(shè)計的重中之重。通過對汶川大地震災(zāi)害經(jīng)驗中發(fā)現(xiàn)，對橋梁抗震設(shè)計來說，概念設(shè)計重于計算設(shè)計。在設(shè)計過程中，應(yīng)以工程概念為依據(jù)，首先從有利于提高結(jié)構(gòu)抗震力的概念上，用符合工程客觀規(guī)律和本質(zhì)的方法，對所設(shè)計的對象作宏觀的控制。
調(diào)查與分析橋梁的震害及其產(chǎn)生的原因是建立正確的抗震設(shè)計工作方法，采取有效抗震措施的科學(xué)依據(jù)。根據(jù)“5.12”汶川地震橋梁震害表現(xiàn)形式：
（1）梁體位移、落梁破壞。
?。?）支座破壞。
（3）橋墩、臺破壞及損傷。
?。?）橋梁基礎(chǔ)損壞。
?。?）地震誘發(fā)的次生地質(zhì)災(zāi)害
2.1上部結(jié)構(gòu)震害
2.1.1震害分析
據(jù)調(diào)查，上部結(jié)構(gòu)自身因直接地震力效應(yīng)損壞的比較少，因支承連接件失效、梁相對墩（臺）位移過大、或梁間破壞等引起的落梁、主梁移動、扭曲、擋塊破壞、裂縫等現(xiàn)象較多。
主梁移動震害包括縱橋向移位、橫橋向移位和平面旋轉(zhuǎn)。主梁移位的同時撞擊橋墩的縱橫向擋塊，易造成橋墩擋塊的大量破壞，尤其是長、彎、斜橋主梁移位相對嚴重。
地震中橋梁的破壞形式主要表現(xiàn)為上部結(jié)構(gòu)的落梁破壞及縱橫向滑移問題，支座錨栓剪斷，墩臺身開裂。因此，我們在橋梁結(jié)構(gòu)體系的選擇、橋型布置、路線走向及橋梁結(jié)構(gòu)西部設(shè)計中可以采取以下措施來達到結(jié)構(gòu)防震、減少震害的效果：
上部落梁
2.1.2對策
2.1.2.1縱橋向移位的對策
?、?加強橋面縱向連續(xù)性，優(yōu)化蓋梁斷面，增加主梁擱置長度。
?、?增加主梁限位裝置，尤其要增加高墩多聯(lián)長橋的防落梁措施。
?、?充分考慮不同聯(lián)跨的偶聯(lián)作用，在伸縮縫處增設(shè)防落裝置。
?、?對于高墩橋梁，增加高墩的彈塑性分析，避免個別高墩自振周期與整體結(jié)構(gòu)自振周期相差過大。
?、?設(shè)計中應(yīng)將支座、主梁擱置長度、主梁限位裝置作為一個統(tǒng)一的防落梁系統(tǒng)來考慮。在采用橋梁連續(xù)做法的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)有“浮放“支座在底部與橋墩錨栓連接，對斜交橋、曲線橋、高墩橋梁適當(dāng)增加橋臺、蓋梁或懸臂端支承長度，并在其邊緣設(shè)置縱向擋塊或在主梁與橋墩間設(shè)置豎向拉結(jié)錨栓。
2.1.2.2橫橋向移位的對策
① 應(yīng)盡量減少彎、斜橋的比例。
?、?橫向擋塊應(yīng)根據(jù)跨徑、不同結(jié)構(gòu)型式采用不同的尺寸，結(jié)構(gòu)配筋必須注意具備足夠錨固長度，豎向深入到（蓋梁）內(nèi)部。同時為避免擋塊撕裂性破壞，應(yīng)適當(dāng)增加擋塊與梁體間的距離，并在兩者間設(shè)置木塊、橡膠墊塊等緩沖裝置。
2.2 橋梁支座震害
2.2.1震害分析
橋梁支座是橋墩與梁體聯(lián)系、傳力的關(guān)鍵部位，強震時梁的縱、橫向位移過大，支座受到很大剪力和變形，導(dǎo)致支座破壞，汶川地震支座破壞的型式主要表現(xiàn)為支座錨固螺栓拔出、剪斷、活動支座脫落、支座撕裂及滑移等。
支座脫落
2.2.2對策
?、賹χё拐鹪O(shè)計時，要求支座的錨栓、防震板等除有足夠的抗震強度外，還要考慮有足夠安全的防落梁和隔震支座。
?、谠诤喼У南噜徶g安裝縱向約束裝置及增加支座支承面寬度。
2.3 下部結(jié)構(gòu)震害
2.3.1震害分析
橋梁是多支點的長線形結(jié)構(gòu)，行波效應(yīng)相對顯著，橋墩間的差動位移也相對較大。在地震瞬間反復(fù)震動作用下，蓋梁下方或柱身與基礎(chǔ)的聯(lián)接處常出現(xiàn)受壓邊緣混凝土崩潰、鋼筋裸露屈曲、鋼筋從淺基礎(chǔ)中被拔出等破壞。特別是同一聯(lián)中由于固定支座的設(shè)置、墩柱高度相差較大、線剛度相差較大，使得橋墩在地震作用下承受的地震荷載差異較大，設(shè)置固定支座的矮墩可能會帶來崩潰性的破壞。較高柔的鋼筋混凝土破壞形式一般都為彎曲型，剛度較大的矮墩破壞形式一般都為剪切型。
橋墩混凝土壓裂、崩碎
橋臺移動翼墻損壞
2.3.2對策
?、贅蛐徒Y(jié)構(gòu)應(yīng)有明確的計算簡圖及合理的地震作用傳遞路徑。外形簡單、自重輕、剛度和質(zhì)量分布均勻、重心低，盡量避免因局部消弱或突變形成薄弱截面。
②提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的延性使其承受較大的塑性變形，并避免發(fā)生累計損傷效應(yīng)。
?、蹜?yīng)根據(jù)抗剪計算配置橫向箍筋，把箍筋作為受力鋼筋來對待，盡量采用直徑12mm以上的二級螺紋鋼筋作為箍筋，箍筋端部設(shè)置135°彎鉤，并加密箍筋的間距以保證足夠的配股率，實現(xiàn)對核心混凝土的約束作用。
?、軝M系梁的設(shè)置應(yīng)防止出現(xiàn)強梁弱柱效應(yīng)，保證第一塑性鉸產(chǎn)生在橫系梁而不是橋墩上。
?、輼吨浇Y(jié)構(gòu)應(yīng)盡量避免在橋墩底出現(xiàn)整齊的施工接縫，防止抗剪薄弱面德出現(xiàn)。
?、藜友b墩梁聯(lián)動裝置解決橋墩水平地震力分配嚴重不均。
?、吆侠碓O(shè)置墩系梁，加強墩柱整體性。
?、鄳?yīng)進行結(jié)構(gòu)在罕遇地震下彈塑性變形的驗算，根據(jù)可能出現(xiàn)塑性鉸處按實配鋼筋，并采用材料強度標(biāo)準(zhǔn)值和軸壓力計算出的彎矩承載能力，考慮超強系數(shù)來計算。
?、崾┕ぶ袊澜v筋在柱腳等關(guān)鍵受力部位的截斷或搭接，高烈度區(qū)嚴禁使用卵石作為粗骨料。
2.4基礎(chǔ)的震害
2.4.1震害分析
在承載力不很高的砂質(zhì)粘土，粘土砂質(zhì)土等地基中，由于地震引起地基液化，剪切強度降低，承載力下降，使橋梁基礎(chǔ)及橋臺受靜力壓力和地震力壓力的作用而沿液化層水平滑移或轉(zhuǎn)動，引起基礎(chǔ)下沉、地基失效，進一步引起橋梁墩臺的沉陷，導(dǎo)致墩身開裂，下部橋梁垮塌。
