大型桥梁的抗震能力设计策略

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1、大型桥梁的抗震能力设计策略袁万城研究单位：同济大学土木工程防灾国家重点实验室问题的提出随着经济实力的增强，世界范围内的桥梁越造越大。震害也随之越来越严重，据统计，去年的汶川地震造成的直接损失中，道路、桥梁等基础设施占到了21.9%。大型桥梁作为生命线工程的重要节点，必然会对其抗震安全提出更高的要求。目前，随着抗震理论的发展，各国规范也对大型桥梁的抗震能力提出很高的要求。因此对如何提高大型桥梁的抗震能力开展研究是非常有必要的。图1.1汶川地震中桥梁、道路等损失占21.9%研究思路问题的提出改善桥梁结构抗震性能无外乎两种途径：即降低地震需求和增强结构抗震能力。目前，已有多种方法策略，比如：结构体

2、系的选择、减隔震设计、结构控制、延性设计等等。体系的选择延性设计延性类型的选择塑性耗能机制的选择地震力传递相对均匀体系动力特性与场地特性相适应被动控制(减隔震设计)主动控制结构控制设计策略体系策略局部策略1.地震力传递相对均匀体系2.结构动力特性与场地特性相适应3.组合梁桥抗震能力潜力与优势4.经济有效的抗震措施（拉索减震支座、局部应用钢钎维混凝土和钢护筒等）大型桥梁的抗震能力设计策略1.1横向地震力传递相对均匀体系利用连续梁桥的等效简化分析模型，分析结构振动特性和受力特点;结合反应谱理论,针对不同场地情况,探讨桥墩刚度分布对横桥向抗震性能的影响；提出改善受力的可行性方案,通过实际工程进行有

3、限元验证。主要内容：图1.2(a)变形前的结构体系图1.2(b)变形后的结构体系连续梁桥横桥向简化分析模型连续梁桥内力、位移反应简化计算公式平动位移转动位移墩顶位移墩顶剪力质量中心位移等代体系刚度频率周期动力放大系数上部结构水平加速度峰值横向水平地震力代入改善横桥向桥墩受力的可行性方案工程概况:本桥是一座等跨度的25跨T形连续梁桥，每跨29m分成五联，第一联3跨，第二联7跨，其余各5跨。图1.3某连续梁桥模型图地震动输入反应谱理论：图1.4规范反应谱曲线弹性反应谱方法通过反应谱概念巧妙的将动力问题静力化，使得复杂的结构地震反应计算变得简单易行，目前世界各国规范都把它作为一种基本的分析手段。Ⅰ

4、类场地的特征周期较短，若结构柔性，即自振周期大于特征周期，自振周期的增大将使动力放大系数大幅度减小；Ⅲ类场地的特征周期长，长周期结构在软土地基上将导致墩顶位移很大，所以刚性短周期结构是有利的。原型桥墩顶位移、墩底内力汇总表墩号墩型Ⅰ类场地Ⅲ类场地墩顶位移（m）剪应力（MPa）正应力（MPa）墩顶位移（m）剪应力（MPa）正应力（MPa）1双0.0244.6304.3420.0479.2908.7222双0.0470.9611.1680.0951.8932.3213独0.0710.3927.6300.1421.46115.7993独0.0710.3927.6300.1421.46115.799

5、4独0.0660.0714.7410.1330.2208.9605独0.0610.0794.3820.1230.2167.7576独0.0550.1084.8900.1100.2757.4677独0.0500.0813.8440.1010.2046.2758独0.0470.2554.1600.0950.6577.4099独0.0430.2604.8170.0860.8829.84710独0.0390.6509.1610.0782.59118.289Ⅰ类场地的改善方案Ⅰ类场地的改善方案Ⅰ类场地的特征周期较短，若结构柔性，即自振周期大于特征周期，自振周期的增大将使动力放大系数大幅度减小；地震能量

6、集中在短周期范围内，柔性长周期体系是较好的选择;在刚度较大桥墩墩体中间设置纵向竖缝，减小横桥向等代体系刚度，调整了全联的刚度分布。图1.5设置纵向竖缝Ⅰ类场地的改善方案反应峰值Ⅲ类场地的改善方案Ⅲ类场地的改善方案从Ⅲ类场地的反应谱曲线可以看到：在软弱地基上，能量大部分集中在长周期范围内，刚性的短周期结构可以避免大强度的地震反应；针对这种情况，应采取转换分联方式，并增大关键点横桥向刚度的办法增大等代体系刚度，调整刚度分布，并改善受力；改善分联方式应立足于使一联内，尤其是起控制作用的一联内桥墩刚度分布均匀合理；增大关键点刚度的目的是控制墩顶位移峰值，具体做法是将独柱墩分解为双柱墩，并设置系梁。图

7、1.6独柱墩分解为双柱墩Ⅲ类场地的改善方案反应峰值小结：目的：减小墩底应力峰值和墩顶位移核心问题：如何减小关键一联的转动位移坚实场地软土地基选择柔性长周期结构选择刚性短周期结构措施：在某些独柱墩上设置纵向竖缝减小横桥向刚度措施：改变制动墩或伸缩缝的位置，并将某些独柱墩分解为同体积的双柱墩增大横桥向刚度1.2纵向地震力传递相对均匀体系纵向飘浮体系(斜拉桥、悬索桥)连续梁式桥体系措施：1）均匀受力；2）滑动+限位