随着“一带一路”发展战略的推进和深入,西部地区作为陆上丝绸之路的必经之地,必须加速基础设施建设,带动地区社会经济,以适应国家发展战略的需求。斜拉桥作为典型的大跨度桥梁,在跨越深山峡谷方面具有较好的优势,但面对高地震烈度时,其抗震性能仍值得重点关注和深入研究。
1桥梁震害
桥梁地震危害主要包含下列几个方面:1)支座。在桥梁抗震减伤的需求方面,对于支座的设计往往未引起设计师的足够重视,在桥梁结构中连接与支档之间构造措施不足的问题时有发生,并且桥梁建设中时常出现支座材料质量不高或型号不准等问题,这极大地影响桥梁抗震的效果,成为目前桥梁抗震的薄弱环节。2)落梁。落梁是经常发生的一种位移震害。其发生的主要原因较多,包含但不限于桥台的倾斜或倒塌、河岸边际的滑坡、桥墩损坏、相邻桥墩间出现较大的相对位移等。3)下部结构及其基础。每次桥梁震害发生过后都必须采取相对应的震后检查修复处理措施,但下部结构以及基础出现巨大的破坏时,往往具有不可逆性,目前还没有较为良好的解决办法。桥梁墩台发生破坏主要是由河岸滑坡、沙土液化、地基下沉等因素引起的,且通过改善其抗震能力很难彻底消除其产生的危害。
2抗震设计标准
在桥梁抗震设计的工作中,设计模型能够为工作提供一定便利,实现大体预测和诸多关于抗震设计效果的数据信息。但是,地震具备一定的强度与不可控因素,模拟器不能准确将地震带来的影响模拟出来。因此,在抗震设计时,不能仅局限于模拟器的相关数据,还应该灵活使用实际的数据信息,保证抗震设计的性能符合要求。为确保设计的规范性,应该统一抗震设计标准,设计人员到现场实地考察,明确最佳的抗震位置,合理选择桥墩基础形式,确保抗震设计工作的高效化实施。与此同时,在设计标准中还需明确抗震设计方案可行性的标准,考虑到当地区域的地震频率、振幅、气候与土质等特点,开展相关设计工作。且设计人员在实际工作中还应该结合桥梁薄弱位置特点、各个部分之间的联系特点与称重特点等,因地制宜开展设计工作,保证在合理使用先进电子科技技术的情况下,全面分析计算,提升桥梁的抗震性能,考虑到多种未知问题的出现,保证抗震设计工作效果,预防出现安全隐患。
3桥梁结构抗震体系
桥梁结构抗震体系是承担水平和竖向地震作用,是各种桥梁结构体系的总称。工程设计师选择正确的抗震体系是进行桥梁抗震设计的前提,桥梁结构抗震体系需有明确和可靠的位移约束、传力途径、能量耗散部位,能有效控制位移,防止落梁,具有避免因部分桥梁构件破坏(如支座、挡块)而导致结构倒塌的能力。常规桥梁抗震体系如下。(1)延性抗震体系。桥梁结构延性抗震体系目的是延长结构周期、发挥耗散地震能量机制、减小桥梁地震响应,前提要选择合理的弹塑性耗能部位及变形构件。常规桥梁的弹塑性耗能部位设定在桥墩上,能达到抗震体系目的,便于检查和修复桥墩震害部位。常见连续梁、简支梁桥单柱墩耗能部位是墩底,双柱墩耗能部位是墩顶、墩底和系梁两端。因此,桥梁墩柱、系梁应作为延性构件设计,其上部结构、盖粱、支座、基础宜作为能力保护构件,要求保持在弹性范围内,构件不受损伤。一般情况下,延性抗震体系适用于高墩、墩柱长细比大的桥梁结构抗震设计。(2)减隔震抗震体系。桥梁结构减隔震抗震体系是通过设置减隔震支座或耗能设备来控制位移和耗能,保护主梁、墩柱及基础等不受破坏,保持在弹性范围内。相比延性抗震体系,桥墩可以避免发生结构性破坏。通过设计合理的减隔震支座或耗能设备参数,保证桥梁上、下部连接部位可靠的传递作用力,避免桥梁发生严重破坏。对于矮墩、墩柱长细比小的桥梁结构,建议采用减隔震抗震体系进行抗震设计。
4桥梁震害及抗震设计方案
4.1工程概况
以某高速公路的某桥梁的一联4×40m预应力混凝土先简支后连续T梁桥为工程背景进行模拟分析。上部结构采用预应力混凝土T梁,15~19号桥墩采用双柱式桥墩,桩基础为钻孔灌注桩基础。场地基本地震动峰值加速度为0.213g,特征周期为0.45s,II类场。桥面净宽:2×14.75m。其布置形式为:250(人行道)+50(防撞护栏)+1100(车行道)+50(防撞护栏)+50(中央分隔带)+50(防撞护栏)+1100(车行道)+50(防撞护栏)+250(人行道)=2950cm。为更加科学安全、合理经济地进行桥梁抗震设计,特选取该连续梁桥的左半幅进行详细的减隔震动力时程分析,并以此作为该桥抗震设计的重要依据。
4.2支座厚度验算及分析
依据《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/TB02-01-2008)中的相关规定,减隔震桥梁抗震分析可以采用反应谱法和时程分析法,通常情况下,宜采用非线性动力时程分析方法。因此,本文采用非线性动力时程分析方法进行桥梁减隔震动力分析。经查阅本连续桥梁属于B类桥梁,场地系数为1.0,E1地震抗震重要性系数为0.5,E2地震抗震重要性系数为1.7。由于《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/TB02-01-2008)第10.4.2条规定了减隔震装置的验算要求:对于橡胶型减隔震装置,在E1作用下产生的剪切应变应小于100%,在E2地震作用下产生的剪切应变应小于250%,并验算其稳定性。滑稳定性验算结果。在E2地震下支座的计算位移小于HDR高阻尼隔震橡胶支座的容许地震位移,且有一定富裕,支座满足地震下位移和受力要求。同时,在E2地震下支座的水平地震力均小于HDR高阻尼隔震橡胶支座的容许水平地震力,且有一定富裕,支座满足地震下抗滑稳定性验算要求。