橋梁如何千年不倒?抗震設計告訴你 附城市橋梁抗震設計規范下載

1999年臺灣地震中烏溪橋南下線橋墩受剪破壞。1995年日本阪神地震中阪神高整線在神戶市內高架橋的倒毀,一共18根獨柱橋墩被剪斷,長500m左右的梁部側向傾倒。阪神地震中西宮港大橋系桿拱主跨的東連接第一跨的引橋,由于支座抗剪承載力不足而遭到毀壞,最終導致落梁破壞。這些例子都敲打著筑橋人的神經,如何從設計上抗震?成為大家思考的難題。

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橋梁上部結構由于受到墩臺、支座等的隔離作用,在地震中直接受慣性力作用而破壞的實例較少,由于下部結構破壞而導致上部結構破壞則是橋梁結構破壞的主要形式,所以在抗震設計中橋墩比橋梁重要。并且橋墩是橋梁結構中最重要的承重構件,橋墩破壞將導致整個橋梁結構的倒塌。在地震作用下,它是壓、彎、剪構件,其變形能力不如以彎曲作用為主的梁,因此要使橋梁結構具有較好的抗震性能,應該確保橋墩有足夠的承載力與延性。即從橋梁整體結構的角度出發進行橋梁抗震設計,應該要求“強墩弱梁”。

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如今人們對地震的研究還有待深入,提高結構的變形能力,增加結構延性,提高結構耗能能力對于改善結構的抗震性能有著重要的意義。結構的彎曲破壞是塑性破壞,發生彎曲破壞時,鋼筋屈服形成塑性鉸,從而具有塑性變形能力,構件表現出很好的延性,而且結構的塑性變形使得剛度下降,其所分擔的地震作用也相應減少。當結構發生彎曲破壞時可以有效地通過變形來吸收和耗散能量。

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而結構剪切破壞時,其破壞形態是脆性破壞或者延性很小,不能滿足橋梁延性設計的要求。橋墩在地震作用下要有足夠的延性,其控制截面處的抗剪承載力要大于抗彎承載力,使得在彎曲破壞之前不發生剪切破壞。即從個別受力構件的角度出發進行橋梁抗震設計應該要求受力構件“強剪弱彎”。

以往的橋梁震害中,支座破壞引起橋梁結構塌落毀滅屢見不鮮,它歷來被認為是橋梁整體抗震性能上的一個薄弱環節。城市高架橋梁柱的結點,橋墩與蓋梁的結點,橋墩與基礎等結點也經常發生破壞。結點是保證結構整體工作的重要構件,在地震作用下結點受到水平、豎向剪力和彎矩的共同作用,受力復雜,并且一旦受損難以修復。由于結點受力復雜,目前美國的AASHTO規范,歐洲的Eurocode規范和我國的公路抗震設計規范對結點的設計和構造都沒有特別的規定。在橋梁抗震設計中除了要保證橋墩、橋梁有足夠的承載力和延性外,還要保證橋梁節點有足夠的承載力,避免節點過早破壞。即“強節點,弱構件”。

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綜合起來,建筑結構抗震設計遵循如下原則:

強柱弱梁:要求同一結點柱端截面受彎承載力總和大于梁端受彎承載力總和;

強剪弱彎:控制截面的抗剪承載力大于抗彎承載力;

強結點弱構件:梁柱結點是保證結構整體性和關鍵部位,要保證結點有足夠的強度和剛性,建筑結構抗震的一般原則同樣適用于橋梁結構。

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