铁路高墩抗震设构设方式分析

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1、铁路高墩抗震设构设方式分析第一章绪论1.1选题的背景及意义山区桥梁增加桥壤高度能使桥式更为经济合理，节约运营成本。随着我国交通建设向西南、西北山区的纵深发展，受地形、地貌条件的限制，修建的高度在50-100m之间的桥墩将会非常多。我国位于环太平洋地震带和欧亚地震带之间，是全球大陆地区中最活跃的地震区之一。西部山区正是地震频发的高烈度地震区，高壤桥梁面临的抗震问题更加突出。-高壤梁桥在墩顶承受巨大桥跨荷载，墩身质量大是抗震不利的结构体系，较大的鐵顶地震位移又容易导致支座破坏，严重时引起落梁。高墩设计过程中，加大壞身截面抵抗水平地震作用时，通常又会增大地震力，从而会减小截面增大抵抗水平

2、地震作用的实际效果。当壤高增大到一定限度时，甚至出现加大截面反而有害的情况此外，山区高墩桥梁的填高差异很大，结构极不规则，其地震反应分析相对比较复杂。当桥墩的高度相对较小时，第一振型的贡献是主要的，塑性铰一般发生在壤底，相对位置明确。对于高桥墩来说，在强震作用下墩身承受的弯矩很大，常发生以弯曲为主的塑性变形。由于墩高和轴力的影响，截面沿墙高方向变化较大，因此弯矩-曲率关系也是随壤高而变化的。伴随高阶振型的参与，高墩在地震作用下塑性铰不一定产生在壞底，其位置难以判断目前,延性抗震理论已被地震多发国家的桥梁抗震设计规范所采纳延性抗震设计涉及预设塑性铰区、塑性铰区的延性能力及其塑性铰区的

3、配筋设计，现阶段桥梁的延性抗震设计常用于第一阶振型为主的中、矮桥壤与延性抗震设计方法相比，新的抗震设计理念是减、隔震技术。减、隔震技术的研究与应用始于建筑结构，后来才应用于桥梁结构。然而，这些安置于壤顶上的减、隔震装置变形能力有限，不能适应软土场地基础的较大变形，且软土场地上的桥梁隔震后有与场地共振的可能。此外，支座减、隔震的适用频率范围较窄，有严格的使用条件。国内外针对高壤桥梁的减、隔震研究较少。在强震下使基础与结构分离，从根本上减小地震输入到结构的能量，使得结构在震后得到保护的基础隔震理念最早源自于建筑结构，后来才应用于桥梁结构。1921年完工的日本东京帝国饭店，采用了基础隔震

4、思想，在1923年的关东大地震中表现出了良好的抗震性能。1976年的唐山大地震中，一些砖结构房屋由于基础发生了滑动，从而使结构幸存。扩大基础由于地震中抗倾覆稳定能力不足产生提离，也使得大量扩大基础上的桥梁避免了损伤。1981年建成的新西兰SouthRangitikei铁路高架桥是第一个釆用摇摆机理进行抗震设计的高壤桥梁。希腊的Rion-Antirion斜拉桥，也釆用了基础隔震技术进行抗震设计。目前，高徵基础隔震的研究已远落后于工程实践。桥梁结构是生命线工程中的关键部分，在地震发生后的紧急救援、抗震救灾及灾后重建中有着极其重要的地位。因此，地震后桥梁结构需维持应有的使用功能[。随着现

5、代化城市人口的大量聚集和经济的高速发展，对桥梁的依赖性越来越强，主要交通干线上的桥梁，一旦地震中遭到破坏，会对社会的政治、经济、国防产生重大影响，也会给抢险、救灾、疏散、供应等带来极大困难，导致的生命财产以及间接经济损失也将会越来越巨大国内外现有的桥梁抗震设计规范均不适用于高壤桥梁，其抗震设计在各国抗震规范中尚未作明确规定。传统的抗震方式缺乏自我调节能力，在不确定的地震动下很可能不满足安全性的要求。有必要基于既方便施工又经济安全，又在强烈地震后基本无损伤的高墩桥梁抗震设计新理念，深入研究铁路高墩桥梁的抗震设计问题，以提高我国铁路高墩桥梁的抗震性能。1.2高墩桥梁抗震的研究综述1.2

6、.1桥梁抗震设计现状结构的设防标准不同，在地震中的表现也会截然不同，所造成的损失及对震后结构使用功能的影响也会有巨大的差别。设防水准与设防等级是抗震设防标准的具体表现形式。随着震害资料的丰富和对地震认识的深入，美、日等国规范中的桥梁抗震设防水准由单一设防水准逐渐发展成为两水准及多水准。在我国现行《铁路工程抗震设计规范》（2006)中，普通桥梁采用了多遇地震、设计地震及罕遇地震的三级抗震设防水准。《公路桥梁抗震设计细则》（2008)中采用了E1、E2两水准设防，尽管它又根据桥梁结构重要性进行设防等级的调整，体现了规范的多水准设防，但其实质仍是两阶段设计。高墩桥梁的抗震需作专门研究，目

7、前高壤桥梁尚没有明确、统一的抗震设防水准与设防等级。鉴于高壤桥梁的重要性及震后修复困难，本文以为铁路高墩现阶段宜采用两级抗震设计水准，按小震与强震两个等级进行抗震设计。小震（50年超越概率为63.2%)的抗震设防目标是地震后结构不损坏，正常使用功能不受影响；强震(50年超越概率为10%-2%)的抗震设防目标是地震后结构仅发生局部有限的损坏，经修补可恢复正常使用功倉巨。随着人们对地震动和结构动力特性理解的加深，桥梁的抗震设计也逐渐从基于强度的抗震设计延性抗震设计4基于性