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浅谈斜张桥抗震设计

日期: 2017-04-10
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      摘要;斜张桥的抗震设计,是世界各国桥梁工程师都非常关心的重大技术难点问题。随着大跨度桥梁的发展,人们对结构的抗震越来越重现,对大型结构的抗震性能要求作专题研究,以确保结构的安全性。而且近年来经历了多次强震后,从这些大地震中的结构震害,使人们对以前的抗震设计方法进行了反思,对以前的抗震设计规范进行修改。本文将简要介绍各国桥梁抗震规范中的设计思想以及主要的设计方法。 
中国论文网 http://www.xzbu.com/2/view-1673443.htm
  关键词:斜张桥 抗震 技术 设计 
  斜张桥也称斜拉桥。用锚在塔上的多根斜向钢缆索吊住主梁的桥。斜张桥是第二次世界大战以后新发展起来的重要桥梁之一,因主梁为缆索多点悬吊,内力小,建筑高度低,施工方便,跨越能力大,现跨度已建到465米。可用于公路桥、铁路桥、城市桥、人行桥以及管造桥等。同时,现代斜张桥的抗震问题已受到关注,美国1978年建成的帕斯卡开讷维克(Pasco-Kenewick)预应力混凝土斜张桥位于强震区,它是典型的三跨斜张桥。主梁在塔柱位置,无竖向支承,仅有侧向约束,锚固墩上,一端为固定支座,另一端设置伸缩缝。当遭遇超过抗震设计要求的纵向地面加速度的强烈地震时,设在固定支座上的钢杆就被剪断,此时主梁仅由拉索悬挂于塔上,在地震荷载作用下,主梁呈纵向悬浮状,在悬浮过程中消耗了能量,加大了振动周期,减小了结构的反应,这就是现在应用十分广泛的“悬浮体系”。它的减震作用是明显的,但结构的纵向位移也是相当可观的。这种设计构思很快被世界各国桥梁工程师接受,在我国地震地区大部分斜张桥都设计为悬浮体系。 
  一、桥梁抗震设计的总体思想 
  在以上各国的抗震规范中,其共同点是在强震情况下不容许出现坍塌,但一定程度的损坏是可以接受的,即我们所说的“大震不倒,中震可修”,AASHTO规范中定义了可接受的破坏程度,即指柱子中的挠曲屈服(没有剪力破坏),而且此破坏必须是可以检测及修复的(在地面及水平线以上),所有其它的破坏(指基础、桥台、剪力键、连接构造、支座、上部结构的梁及桥面板的破坏)都是不能接受的。这一定义被其它规范广泛采用,尤其在挠曲破坏的类型方面。然而一些规范放松了对位置的要求,特别是容许在桩身、桩排架、桥台台背翼墙处的屈服。对强震的定义,即使在AASHTO规范中都很模糊,但一般认为是475年一遇的地震可称为强震。在频繁出现但规模小得多的情况下,要求桥梁基本上保持弹性运营状态(无破坏),对于这种状态没有特别的校核规定。 
  我国现行的桥梁抗震设计规范还很不完善,无论是铁路桥或公路桥,还是采用基于强度设防基础上的设计方法,即根据折减后的弹性地震反应进行抗震设计,而结构的延性要求没有明确规定,仅从墩柱的箍筋配筋率及构造方面提出要求,以保证结构的延性。因此对我国现行震规进行修订和补充,使其提高到一个新的先进水平已是刻不容缓。90年代初在上海南浦大桥的抗震设计中,首次提出了二水平的抗震设计方法。之后,用同样方法先后对20余座大桥、城市立交桥和城市高架桥进行了抗震研究,20余年来积累了很多科研成果,对桥梁抗震的设计思想也日趋成熟。在此基础上于1998年开始,范立础教授将正式主持“城市桥梁抗震设计规范”的制订工作。 
  减震和隔震设计思想是利用材料或装置的耗能性能,达到减小结构地震反应的目的,是一种经济有效的方法。近年来世界各国在结构的减隔震设计方面也做了很多研究,如弹性支座隔震体系是目前能采用的最简单的隔震方法,其中普通板式橡胶支座构造简单、性能稳定,已在桥梁上广泛应用,法国跨度320m的伯劳东纳(Brotonne)预应力混凝土斜张桥的两个塔墩顶上各用了12块橡胶支座,该桥已通车20年,使用情况良好。 
  二、斜张桥梁抗震设计方法 
  常用的结构抗震设计方法有震度法和动态分析法两种,动态分析法中又包括反应谱法和时程分析法。 
  动态分析法比震度法有了较大的改进,它同时考虑了地面运动和结构的动力特性。其中反应谱方法中一个重要概念是动力放大系数,或称标准化反应谱。其定义为:β(ω,ξ)=丨U-Uglmax/Ug,max 
  式中,右端项的分子为单质点体系动力反应的绝对加速度反应,分母为地面加速度反应的峰值。 
  应用反应谱计算结构地震反应,首先要计算结构的动力特性和各阶振型参与系数,然后按各阶振型对某项反应的贡献程度进行线性叠加,得到这项反应的最大值。我国“震规”中的验算方法就是建立在反应谱理论的基础上的,但反应谱理论在大跨度桥梁抗震验算上的应用还存在一些问题,如“震规”中加速度反应谱,或桥址场地设计加速度反应谱的适用范围大都在5s以内,而大跨度桥梁是长周期结构,它们的基本周期大都大于5s,在长周期范围动力放大系数D的取值对大跨度桥梁的地震反应的准确性至关重要。项海帆教授早在八十年代初就对公路工程抗震设计规范中的反应谱提出了长周期部分的修正意见,王君杰副教授也提出了“长周期地震反应谱的取值和规范化应以强震记录位移反应谱的统计结果为依据”的观点,并以此为基础提出了对当前公路工程抗震设计规范中的反应谱的长周期部分的修正和补充方法,增加了表达长周期地震反应谱特性的参数;其次大跨度桥梁地震反应组合中,如何考虑地震动的空间变化也是一个需要考虑的问题,因为对于大跨度桥梁,地震动的空间变化效应是不可忽略的。另一个在大跨度桥梁抗震分析中需要解决的问题,就是在多分量地震动作用下振型组合问题,目前常用的组合方法有SUM法(最大值绝对值之和法)、SRSs法(最大值平方和的平方根法)、CQC法(基于平稳随机振动理论导出的完全二次组合法)等。由于CQC方法计入了振型间的相关性,较好地考虑了密集振型间的强耦合性,而大跨度桥梁的动力特性具有自振周期长、频率密集和阻尼较小的特点,因此CQC方法对大跨度桥梁的地震反应分析更为适用。除此以外,在反应谱分析中给出的反应值基本上还是弹性反应,不能做到真正的非线性分析。总之,反应谱方法在大跨度桥梁的方案设计阶段,对结构的抗震性能进行粗略的评估还是可行的,但是对于重要结构或大跨度桥梁的地震反应分析则应进行专题研究。 
  一个很重要的步骤,就是在桥址地震危险性分析的基础上,进行结构的时程反应分析,这在大多数工程抗震设计规范中都提出了这一要求。时程分析法与反应谱法相比具有能进行结构的非线性地震反应分析、考虑复杂场地的非一致激励影响、能给出任意截面(或结点)的任意一种反应的时间历程等特点,而这些方面在大跨度桥梁地震反应分析中是必须考虑的。但在进行时程分析时也应该注意到地震波选用的随机性,因为地震是一个随机事件,它发生的时间、空间、强度、频谱成分、波形等等都是不确定的。而时程分析法还是一个确定性分析法,它是根据地震危险性分析中的人工地震波作为分析依据。所以,为了提高分析结果的可靠性,一般要求在同一钻孔位置给出一组(一般3-5条)地震波,然后取各条地震波反应的最大值。用动力可靠度理论进行结构在风载、地震荷载作用下的安全性评估也是近年来各国学者研究的热点。它以概率的形式来评价结构的安全程度,与确定性分析方法相比又前进了一步,它的研究说明人们在地震对结构的作用以及如何确保结构的安全、功能和经济方面的认识正在逐步提高。

  原文地址:http://www.xzbu.com/2/view-1673443.htm

 

师资力量 / Teacher
发布时间: 2018 - 09 - 27
交通运输部关于印发《公路养护工程管理办法》的通知各省、自治区、直辖市、新疆生产建设兵团交通运输厅(局、委):   为进一步加强和规范公路养护工程管理,提高养护质量和效益,部对《公路养护工程管理办法》(交公路发〔2001〕327号)进行了修订,现印发给你们,请认真遵照执行。交通运输部 2018年3月2日  (此件公开发布)公路养护工程管理办法第一章 总 则  第一条 为加强和规范公路养护工程管理,提高养护质量与效益,根据《中华人民共和国公路法》《公路安全保护条例》《收费公路管理条例》等法律、行政法规,制定本办法。   第二条 本办法所规定的公路养护工程是指在一段时间内集中实施并按照项目进行管理的公路养护作业,不包括日常养护和公路改扩建工作。   第三条 本办法适用于国道、省道的养护工程管理工作。县道、乡道、村道和专用公路的养护工程管理可参照执行。   第四条 养护工程应当遵循决策科学、管理规范、技术先进、优质高效、绿色安全的原则。   第五条 养护工程管理工作实行统一领导、分级负责。   交通运输部负责全国养护工程管理工作的指导和监督。   地方各级交通运输主管部门或公路管理机构,依据省级人民政府确定的对国道和省道的管理职责,主管本行政区域内的养护工程管理工作。   第六条 公路经营管理单位和从事公路养护作业的单位应当根据交通运输主管部门或公路管理机构提出的养护管理目标,按照标准规范、有关规定及本办法要求组织实施养护工程,并接受其指导和监督。   第七条 各级交通运输主管部门、公路管理机构和公路经营管理单位应当筹措必要的资金用于养护工程,确保公路保持良好技术状况。   非收费公路养护工程资金以财政保障为主,主要通过各级财政资金解决。收费公路养护工程资金主要从车辆通行费中解决。   第八条 养护工程资金使用范围包括公路技术状况检测与评定、养护决策咨询、养护...
发布时间: 2017 - 04 - 27
【摘要】桥梁桥面的施工质量,是保证桥梁安全和平稳的前提条件。桥面铺装层作为桥梁系的一部分,相对于桥梁其他部分它直接承受行车荷载、梁体变形和环境因素的作用。桥面铺装层施工质量的好坏直接影响桥梁使用的耐久性和行车的舒适性、安全性。本文主要就桥梁桥面铺装病害及防治措施进行了分析,以供参考。 中国论文网 http://www.xzbu.com/1/view-6894584.htm  【关键词】桥梁;桥面铺装;病害;控制措施   1、桥面铺装的破坏形式   沥青混凝土桥面铺装与正常路面和水泥混凝土桥面铺装相比,损坏形式有所不同。主要有:①铺装层内部产生较大的剪应力,引起不确定破坏面的剪切变形,或者由于铺装层与桥面板层间结合面粘结力差,抗水平剪切能力较弱,在水平方向上产生相对位移发生剪切破坏,产生推移、拥包等病害;②因温度变化并伴随桥面板或梁结构的大挠度而产生的裂隙,在车辆荷载及渗入的水的作用下产生面层松散和坑槽破坏。   设防水层的水泥混凝土桥桥面沥青混凝土铺装在行车荷载作用下的破坏形式一般为剪切破坏,常表现为拥包和推移现象。剪切破坏有两种情况:一是桥面钢筋混凝土模量远大于沥青混凝土和防水层的模量,加之沥青混凝土层厚度较薄,沥青层内产生较大的剪应力而引起的无确定破坏面的剪切变形;二是防水层与沥青混凝土面层和桥面层间粘结力不足而发生剪切破坏。   2、桥面铺装层病害分析   2.1 结构理论与设计。桥梁的结构理论中对桥面铺装层的计算分析论述几近于零,现行规范中只给定了厚度的推荐值,工程界一直在备等级公路中运用了几十年。桥冲击桥结构的变铺装是一个受力复杂的动力体系,各种形式的主梁及铺装本身的构造均影响其应力的分布。粱设计的箱粱骨架钢筋在实际受力状态下难以像T梁主筋那样发挥应有的作用。所以设计的假设状态与箱梁的实际受力状态不一致。...
发布时间: 2017 - 04 - 27
摘 要:目前,随着我国现代化建设事业的蓬勃发展,桥梁使用年限的增长,以及交通荷载的增加,桥梁检测已成为重中之中,该技术是一个多学科交叉的系统工作,需要各个环节协调配合才能达到一个有效的效果,本文主要介绍了几种无损检测技术的概念、原理和特点,并通过实例进行无损检测的应用说明,为工程人员提供参考信息。中国论文网 http://www.xzbu.com/8/view-3198511.htm  关键词:检测;桥梁;工程    传统的方法是对公路桥梁随机选点,钻孔取样,在室内对所取样本进行分析和处理,从中获取各种有价值的工程参数。这种方法的局限性表现为以下几个方面:  a)因被测点是操作人员随机选择的,所以检测结果很难具有代表性;  b)由于检测点有限,覆盖面密度较小,使某些存在缺陷的不良区段反而被漏检,从而埋下质量隐患;  c)虽然钻孔取样精度高,但其会对路面造成破坏,且修补时费时费力。  无损检测技术作为快速、直观,且能够显示道桥内部状态的检测设备和技术手段,能够弥补传统方法的不足,它在开展道桥无损检测技术研究、建立科学的评价体系、改善路面设计等方面具有重要的意义,也必将带来道桥改造方案的优化和公路桥梁管养水平的提高。  桥梁的无损检测技术(NDT)有较大的发展空间,包括超声检测、红外检测、声发射、自然电位检测、冲击回波检测、X射线检测、光干涉、脉冲雷达、振动试验分析等。在公路桥梁结构中应用NDT,可以提高新建结构质量的安全性;可以提供结构损伤的标志,例如,污染程度,钢筋混凝土桥梁的氯侵蚀程度;可以记录支座处的声发射,反映了裂纹或过大的摩擦力或从垫层支座正在扩展的裂纹。无损检测的这些结果可以作为结构评估的辅助。  在一些情况下,与侵入检测相比,无损测试更快捷,缩短了测试期间的交通管制时间,从而降低了成本。雷达可以快速扫描潜在的结构空洞,雷达在NDT中的使用证明了NDT的速度和便捷...
发布时间: 2017 - 04 - 27
【摘要】交通情况的复杂让交通事故频发,其中超高车辆与桥梁上部结构的碰撞更是频繁发生,不仅对桥梁结构安全性产生较大威胁,同时对交通运行也有一定影响。目前我国关于对超高车辆-桥梁上部结构碰撞的破坏模式与荷载计算的研究不仅存在数量上的不足,在研究深度上也存在一定不足,为此,本文将研究的重点放在超高车辆-桥梁上部结构碰撞的破坏模式与荷载计算方面,了解超高车辆在撞击到桥梁上部结构的破坏模式与荷载,从而对后期的防护有一定指导意义。 中国论文网 http://www.xzbu.com/1/view-7030491.htm  【关键词】超高车辆-桥梁上部结构碰撞;破坏模式;荷载计算   引言   近几年,我国城市立体交通的发展越来越迅速,导致超高车辆碰撞桥梁上部结构的事故也越来越多。2008年在我国成渝高速公路,一辆超高货车强行通过一座正在建的跨线公路桥时将桥梁的主轴直接撞歪,直接导致前两个月的施工作废,金额损伤近百万元,其中还未包括对社会的影响。不仅是在我国,在发达国家这种超高车辆撞击桥梁上部结构的事件也频频发生。可以看出,导致桥梁损坏的主要原因就是受到超高车辆的撞击。对其破坏模式与荷载计算进行分析,从而对优化桥梁上部结构具有一定重要意义。   1.超高车辆-桥梁上部结构碰撞的破坏模式   (1)破坏类型:通过对超高车辆-桥梁上部结构碰撞的事故调查与有限元仿真分析发现,其出现的破坏模式可以分为两种,一种是局部性破坏,另一种则是整体性破坏。局部性破坏是桥梁上部结构受到局部冲剪作用引起的损坏[1]。如果是钢筋混凝土T梁桥,这种局部破坏的程度将会更加明显,整个碰撞区域不仅会出现开裂、崩落,钢筋屈服,甚至整个腹板―面板交界处的混凝土出现纵向开裂。如果是T型钢梁桥,局部破坏也会十分明显,会产生严重的塑性变形。如果是钢箱梁桥,破坏形式表现为钢材屈服。...
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