試論橋梁工程抗震設計理由論述
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試論橋梁工程抗震設計理由論述

橋梁工程抗震設計問題論述摘要:現行橋梁抗震設計規范對抗震設防標準、隔震周期及墩柱抗剪強度的闡述比較籠統,給設計帶來一些困惑。本文闡述了橋梁抗震設防標準的確定策略,明確了隔震周期與非隔震周期的內涵,提出了墩柱抗剪強度驗算的局限性。本文結合實際設計案例,對橋梁抗震設防標準及抗震設計進行了分析和探討。
  關鍵詞:橋梁工程抗震設計
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  正文:
  隨著經濟的發展,橋梁結構在不同水準地震作用下的抗震設防要求不斷提高,橋梁抗震由原來的單一設防水準一階段設計逐漸發展為雙水準或三水準設防兩階段設計、三階段設計,以及基于性能的多水準設防、多性能目標準則的抗震設計。這就要求工程師深入理解橋梁抗震設計規范。
  1抗震設防標準
  抗震設防標準是抗震設計的依據,橋梁抗震設計應首先確定抗震設防標準。橋梁抗震設防標準是根據地震動背景,為保證橋梁結構在壽命期內的地震損失不超過規定的水平,規定橋梁結構必須具備的抗震能力[1]。現行橋梁抗震設計規范[2-3]對抗震設防標準只作了籠統的定性描述,針對這種目前狀況,本文對橋梁抗震設防標準作系統的闡述。
  (1)對于地震動背景的考慮,定義3種橋梁抗震設防水準,設防水準Ⅰ:重現期約為50~100年或25年的地震作用,超越概率約為50年63%~39%或86.4%,即“小震”;設防水準Ⅱ:重現期約為475年的地震作用,超越概率約為50年10%,即“中震”;設防水準Ⅲ:重現期約為2000年的地震作用,超越概率約為50年3%~2%,即“大震”。(2)對于地震損失的考慮,定義3種橋梁抗震性能目標,性能目標Ⅰ:一般不受損壞或不需要修復可以繼續使用,結構完全保持在彈性工作狀態,即“不壞”;性能目標Ⅱ:可發生局部輕微損傷,不需修復或經簡單修復可以繼續使用,結構整體保持在彈性工作狀態,即“可修”;性能目標Ⅲ:應保證不致倒塌或產生嚴重的結構損傷,經臨時加固后可供維持應急交通使用,即“不倒”。(3)為實現橋梁抗震設防目標,對截面進行纖維單元劃分(見圖1)并進行數值計算,利用墩柱截面的彎矩—曲率曲線(見圖2),定義相應于各性能目標的驗算準則。驗算準則Ⅰ:M對應的彎矩,即初始屈服彎矩;驗算準則Ⅱ:M  
  圖1截面纖維單元劃分圖
  圖2彎矩-曲率曲線
  通過對梁抗震設防水準、抗震性能目標和驗算準則的系統分析,歸納出方便工程設計的各設防類別橋梁的抗震設防標準。
  2隔震周期
  現行橋梁抗震設計規范均要求,減隔震設計的橋梁基本周期應為非減隔震設計的橋梁基本周期的2倍以上。實際工程設計時,必須明確這2種周期的定義,才能保證設計的可靠性。
  2.1規范研究
  日本規范[4]對“減隔震設計的橋梁基本周期應為非減隔震設計的橋梁基本周期的2倍以上”解釋為:采用減隔震支座的橋的固有周期比不采用減震支座橋固有周期的2倍短,變形就有可能不集中于減隔震支座而集中于下部結構,減震支座就不能有效地發揮作用。其中不采用減隔震支座橋的固有周期是把所有支座都看作固定支座時橋的固有周期。采用減隔震目的是使得減隔震裝置充分發揮其隔震耗能的作用,降低橋梁結構的地震響應。而要實現這個目的,一方面是盡可能延長結構周期以避開場地地震能量集中的頻譜區段,另一方面就是使橋墩的剛度盡可能遠大于隔震裝置的等效剛度,這樣就使得變形主要集中于減隔震裝置。采用了減隔震裝置的橋梁即為減隔震橋梁,設置“板式橡膠支座”的橋梁屬于隔震橋梁,板式橡膠支座能提供柔性,設置“鉛芯橡膠支座”的橋梁也屬于隔震橋梁。
  2.2工程案例
  某規則橋梁為5×25m先簡支后連續T梁橋,橋面寬度為12m,橋面鋪裝為10cm厚瀝青混凝土+8cm厚C50混凝土,采用墩高10m的1.4m×1.4m雙柱矩形墩,主梁采用C50混凝土,墩柱、蓋梁采用**0混凝土,墩柱受力鋼筋采用HRB335鋼筋。橋梁有限元模型見圖3。比較“固定鉸支座”、“板式橡膠支座”、“鉛芯橡膠支座”3種支座方案的結構自振特性,基本周期對照見表2。通過對比,3種支座方案結構基本振型均橋梁工程抗震設計理由論述相關論文由http://www.kmiflo.tw收集整理提供,如需論文可聯系我們.為縱飄,方案1(非隔震方案)基本周期為0.8158s,方案2和方案3(隔震方案)基本周期分別為1.3295s和1.6675s,隔震方案的隔震效果較明顯,尤其是采用彈性剛度較小的鉛芯支座方案的基本周期達到非隔震的2倍以上。
  
  圖3橋梁整體有限元模型
  2.3設計倡議
  隔震是相對非隔震而言的,非隔震橋梁指橋梁所有橋墩與梁體采用鉸接(橋墩處墩梁無相對線位移),隔震橋梁指橋墩部分或者全部采用隔震支座,如板式橡膠支座
  • 文章片段::重現期約為2000年的地震作用,超越概率約為50年3%~2%,即“大震”。(2)對于地震損失的考慮,定義3種橋梁抗震性能目標,性能目標Ⅰ:一般不受損壞或不需要修復可以繼續使用,結構完全保持在彈性工作狀態,即“不壞”;性能目標Ⅱ:可發生局部輕微損傷,不需修復或經簡單修復可以繼續使用,結構整體保持在彈性工作狀態,即“可修”;性能目
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