桥梁抗震设计研究
2015-06-05
1工程概况
绵阳至九寨沟高速公路位于四川省北部，南临成都平原，东靠川北重镇广元，北接甘肃陇南地区，西面是岷山-岷江一线。项目整体位于四川盆地边缘向青藏高原的过渡地带，地形依次表现为河谷平原-低山丘陵-中山-高山-极高山，地形起伏大。
项目区近代地壳活动大致以龙门山和荥经－马边－盐津断裂带为界，即四川盆地西缘为界可分为东西两部分，断裂活动强度半导体表现为西强东弱，地震活动表现也与此相同。项目区地处川青断块强烈活动断裂构造区，线路跨越了龙门山断裂带，属于地震强烈活动区，地壳稳定性较差，易导致地震灾害和其它次生地质灾害。
2桥梁抗震概念设计
桥梁工程作为高速公路的重要组成部分，在高烈度地区桥梁抗震设计是山区高速公路抗震设计的重中之重。通过对汶川大地震灾害经验中发现，对桥梁抗震设计来说，概念设计重于计算设计。在设计过程中，应以工程概念为依据，首先从有利于提高结构抗震力的概念上，用符合工程客观规律和本质的方法，对所设计的对象作宏观的控制。
调查与分析桥梁的震害及其产生的原因是建立正确的抗震设计工作方法，采取有效抗震措施的科学依据。根据“5.12”汶川地震桥梁震害表现形式：
（1）梁体位移、落梁破坏。
（2）支座破坏。
（3）桥墩、台破坏及损伤。
（4）桥梁基础损坏。
（5）地震诱发的次生地质灾害
2.1上部结构震害
2.1.1震害分析
据调查，上部结构自身因直接地震力效应损坏的比较少，因支承连接件失效、梁相对墩（台）位移过大、或梁间破坏等引起的落梁、主梁移动、扭曲、挡块破坏、裂缝等现象较多。
主梁移动震害包括纵桥向移位、横桥向移位和平面旋转。主梁移位的同时撞击桥墩的纵横向挡块，易造成桥墩挡块的大量破坏，尤其是长、弯、斜桥主梁移位相对严重。
地震中桥梁的破坏形式主要表现为上部结构的落梁破坏及纵横向滑移问题，支座锚栓剪断，墩台身开裂。因此，我们在桥梁结构体系的选择、桥型布置、路线走向及桥梁结构西部设计中可以采取以下措施来达到结构防震、减少震害的效果：
上部落梁
2.1.2对策
2.1.2.1纵桥向移位的对策
① 加强桥面纵向连续性，优化盖梁断面，增加主梁搁置长度。
② 增加主梁限位装置，尤其要增加高墩多联长桥的防落梁措施。
③ 充分考虑不同联跨的偶联作用，在伸缩缝处增设防落装置。
④ 对于高墩桥梁，增加高墩的弹塑性分析，避免个别高墩自振周期与整体结构自振周期相差过大。
⑤ 设计中应将支座、主梁搁置长度、主梁限位装置作为一个统一的防落梁系统来考虑。在采用桥梁连续做法的基础上，将现有“浮放“支座在底部与桥墩锚栓连接，对斜交桥、曲线桥、高墩桥梁适当增加桥台、盖梁或悬臂端支承长度，并在其边缘设置纵向挡块或在主梁与桥墩间设置竖向拉结锚栓。
2.1.2.2横桥向移位的对策
① 应尽量减少弯、斜桥的比例。
② 横向挡块应根据跨径、不同结构型式采用不同的尺寸，结构配筋必须注意具备足够锚固长度，竖向深入到（盖梁）内部。同时为避免挡块撕裂性破坏，应适当增加挡块与梁体间的距离，并在两者间设置木块、橡胶垫块等缓冲装置。
2.2 桥梁支座震害
2.2.1震害分析
桥梁支座是桥墩与梁体联系、传力的关键部位，强震时梁的纵、横向位移过大，支座受到很大剪力和变形，导致支座破坏，汶川地震支座破坏的型式主要表现为支座锚固螺栓拔出、剪断、活动支座脱落、支座撕裂及滑移等。
支座脱落
2.2.2对策
①对支座抗震设计时，要求支座的锚栓、防震板等除有足够的抗震强度外，还要考虑有足够安全的防落梁和隔震支座。
②在简支的相邻之间安装纵向约束装置及增加支座支承面宽度。
2.3 下部结构震害
2.3.1震害分析
桥梁是多支点的长线形结构，行波效应相对显著，桥墩间的差动位移也相对较大。在地震瞬间反复震动作用下，盖梁下方或柱身与基础的联接处常出现受压边缘混凝土崩溃、钢筋裸露屈曲、钢筋从浅基础中被拔出等破坏。特别是同一联中由于固定支座的设置、墩柱高度相差较大、线刚度相差较大，使得桥墩在地震作用下承受的地震荷载差异较大，设置固定支座的矮墩可能会带来崩溃性的破坏。较高柔的钢筋混凝土破坏形式一般都为弯曲型，刚度较大的矮墩破坏形式一般都为剪切型。
桥墩混凝土压裂、崩碎
桥台移动翼墙损坏
2.3.2对策
①桥型结构应有明确的计算简图及合理的地震作用传递路径。外形简单、自重轻、刚度和质量分布均匀、重心低，尽量避免因局部消弱或突变形成薄弱截面。
②提高钢筋混凝土结构的延性使其承受较大的塑性变形，并避免发生累计损伤效应。
③应根据抗剪计算配置横向箍筋，把箍筋作为受力钢筋来对待，尽量采用直径12mm以上的二级螺纹钢筋作为箍筋，箍筋端部设置135°弯钩，并加密箍筋的间距以保证足够的配股率，实现对核心混凝土的约束作用。
④横系梁的设置应防止出现强梁弱柱效应，保证第一塑性铰产生在横系梁而不是桥墩上。
⑤桩柱式结构应尽量避免在桥墩底出现整齐的施工接缝，防止抗剪薄弱面德出现。
⑥加装墩梁联动装置解决桥墩水平地震力分配严重不均。
⑦合理设置墩系梁，加强墩柱整体性。
⑧应进行结构在罕遇地震下弹塑性变形的验算，根据可能出现塑性铰处按实配钢筋，并采用材料强度标准值和轴压力计算出的弯矩承载能力，考虑超强系数来计算。
⑨施工中严禁纵筋在柱脚等关键受力部位的截断或搭接，高烈度区严禁使用卵石作为粗骨料。
2.4基础的震害
2.4.1震害分析
在承载力不很高的砂质粘土，粘土砂质土等地基中，由于地震引起地基液化，剪切强度降低，承载力下降，使桥梁基础及桥台受静力压力和地震力压力的作用而沿液化层水平滑移或转动，引起基础下沉、地基失效，进一步引起桥梁墩台的沉陷，导致墩身开裂，下部桥梁垮塌。
