大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋抗震分析和評價基本方法

劉宏偉

摘 要：道路橋梁是一個國家發(fā)展經(jīng)濟必需的前提條件。作者從抗震的角度分析了當前我國的路橋項目的防震工作相關(guān)的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋；抗震分析和評價；抗震設(shè)計

引言

最近幾年，我們國家的經(jīng)濟獲取了非常顯著的發(fā)展，此時很多先進的科技工藝開始應(yīng)用到工作當中，比如路橋項目中大量的使用預(yù)應(yīng)力等科技，目前路橋項目中普遍使用大跨徑的連續(xù)剛構(gòu)橋。特別是在山嶺區(qū)域，其使用率更高?，F(xiàn)在在建的以及完工的項目中，絕大部分橋梁的高度都超過一百五十米。但是國家目前制定的抗震資料只適合用到那些高度在一百五十米之下的項目中。所以對于那些較高高度的項目假如還是使用當前的條例的話，就會導(dǎo)致抗震工作開展不到位。作者結(jié)合當前的設(shè)計規(guī)范論述了一百五十米之上的橋梁的抗震測評工作。

1 大跨徑橋梁抗震分析、評價基本方法

通常來說，在我們對大跨徑連續(xù)橋開展抗震測評工作的時候，要切實的按照如下的環(huán)節(jié)開展工作：確定地震動輸入，相關(guān)截面彎矩曲率分析，模型簡化和模態(tài)分析，地震反應(yīng)分析和驗算，結(jié)構(gòu)抗震措施檢查。

1.1 確定地震動輸入

當前我國的路橋項目參照的是兩階段的抗震思想。也就是說其設(shè)計是按照E1和E2兩級設(shè)防標準開展的。通常來講，E1地震對應(yīng)的設(shè)防標準應(yīng)按照滿足“中震彈性”的要求確定，E2地震對應(yīng)的設(shè)防標準應(yīng)按“大震可修”的要求確定。因此，按照要求，E1地震對應(yīng)使橋梁主體結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)的地震，重現(xiàn)期一般取“中震”相應(yīng)的地震重現(xiàn)期即可，而E2地震對應(yīng)使橋梁主體結(jié)構(gòu)處于塑性工作狀態(tài)的地震。針對A類的項目來講，它們的設(shè)防標準較之于其他的要高一些，這樣就會使得投資變多。所以，在最初的設(shè)計的時候，進行橋梁E2階段的抗震分析時，取兩種臨界情況下的地震輸入E2-1和E2-2，分別對應(yīng)結(jié)構(gòu)處于塑性區(qū)工作的兩種臨界狀態(tài)，而E2地震最終所選取的重現(xiàn)期應(yīng)由主管部門進行經(jīng)濟性比較后確定。E2地震對應(yīng)的設(shè)防標準最終確定后，再對橋梁進行E2階段的抗震分析，然后結(jié)合分析進行測評工作。如果需要的話，還應(yīng)該變更設(shè)計以此來確保其合乎防震的規(guī)定。

1.2 相關(guān)截面彎矩曲率分析

根據(jù)截面等效屈服曲率的定義可知，截面的等效抗彎剛度為當截面受拉鋼筋屈服時開裂截面的抗彎剛度，應(yīng)該比截面出現(xiàn)裂縫之前的混凝土面的抗彎剛度數(shù)值要小。在真正的發(fā)生地震的時候，構(gòu)件通常是處在裂縫模式中的，假如按照全截面模式來計算它的剛度的話，此時內(nèi)力的計算數(shù)值較之于正常的要大一些，此時就會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)看似很快就呈現(xiàn)出塑性狀態(tài)，其實，只要計算的彎矩數(shù)值沒有超過等效彎矩數(shù)值的話，我們就可以判定構(gòu)件此時還是可以正常工作的。截面的等效抗彎剛度可根據(jù)截面的彎矩曲率分析結(jié)果給出，即由恒載軸力作用下截面的屈服彎矩和屈服曲率之比計算得出。如果計算得到的彎矩數(shù)值比等效彎矩要大的話，此時就會在截面周圍出現(xiàn)塑性鉸。而且當截面的彎矩變大的時候，該區(qū)域也會形成塑性的轉(zhuǎn)動。在實際的工作中，我們可以設(shè)計鉸彈簧，以此來模擬上述的塑性活動。該彈簧的剛度可以等同為塑性鉸的剛度，在具體的計算的時候，我們可以通過變換彈簧的剛度數(shù)值，來確保上述區(qū)域的彎矩控制在合理的區(qū)間之內(nèi)。

1.3 模型簡化和模態(tài)分析

要想開展好抗震結(jié)構(gòu)分析工作，就必須明確好一個大的前提。也就是說要精簡結(jié)構(gòu)，進而得到一個可以體現(xiàn)結(jié)構(gòu)動力特征的模型。它能夠模擬橋梁的剛度以及質(zhì)量的分布等等的內(nèi)容，除此之外，還要確保其能夠反映出結(jié)構(gòu)的非線性的活動情況。我們在論證模型是不是與真實結(jié)構(gòu)體現(xiàn)的結(jié)果一致的時候，常會使用一個方法也就是對結(jié)構(gòu)開展模態(tài)分析工作，進而對得到的數(shù)值開展全方位的判定。通過使用模態(tài)分析措施，還可以為后續(xù)的分析工作提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

1.4 地震反應(yīng)分析和驗算

在地震輸入、構(gòu)件等效抗彎剛度及結(jié)構(gòu)動力分析模型等輸入條件確定后，即可進行E1和E2地震作用下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析和驗算工作。相應(yīng)于三種概率水準的地震輸入，該項抗震分析以及驗算活動同樣也被分成三種。在E1地震作用下，對結(jié)構(gòu)開展抗彎以及抗剪性能的測算，該項測算活動是為了分析主體是不是合乎彈性指標，也就是分析運算的彎矩是不是比屈服彎矩要小，抗剪驗算主要是對結(jié)構(gòu)潛在塑性鉸區(qū)域的斜截面抗剪強度進行驗算。因為E1地震之下的結(jié)構(gòu)主體處在一種彈性的模式之中，所以此時不用分析其是不是出現(xiàn)了變形。而對于E2-1和E2-2兩個概率水準的地震作用下，因為結(jié)構(gòu)會生成塑性鉸，所以，在做好抗彎以及抗剪強度的運算之外，還要進行的一項工作就是分析結(jié)構(gòu)的變形現(xiàn)象。

1.5 結(jié)構(gòu)細部構(gòu)造措施和結(jié)構(gòu)抗震措施檢查

除了對結(jié)構(gòu)進行E1和E2地震作用下的地震反應(yīng)分析和強度等驗算外，還應(yīng)該結(jié)合設(shè)計理念，詳細的分析結(jié)構(gòu)的細節(jié)以及抗震方法等。因為，實際上結(jié)構(gòu)的抗震計算分析和驗算是以結(jié)構(gòu)的細部構(gòu)造措施滿足地震要求作為前提的，如果細部的構(gòu)造方法受到干擾，或是因為沒有做好抗震工作而形成落梁現(xiàn)象的話，此時結(jié)構(gòu)的強度就無法體現(xiàn)出來，嚴重的話還會使得整個橋梁不能夠正常的運作。

2 大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋抗震分析、評價的具體特點

第一，對于連續(xù)的剛構(gòu)橋來講，它們的主梁是預(yù)應(yīng)力體系的，而且它們的剛度較之于下方的構(gòu)造來講要大一些，所以不用對其進行剛度的折減。在分析它的彎矩分析的時候，只考慮樁基之類的構(gòu)件就可以了。第二，此類橋梁的主體是主梁以及墩柱，它的縱梁并非是關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)，在實際工作中規(guī)定E1地震之下其主體要有較高的彈性，對于縱梁來講，可以以塑性的狀態(tài)存在。第三，因為這種橋梁的主梁的結(jié)構(gòu)是預(yù)應(yīng)力模式的，而且它的剛度較大，所以E2地震下主體結(jié)構(gòu)進入塑性工作的兩種臨界狀態(tài)是指橋梁墩柱進入塑性工作的兩種臨界狀態(tài)。第四，考慮到具有適當剛度的縱系梁對墩柱的受力有利。所以，當我們開展抗震測評的時候，把縱梁當成延性構(gòu)件，而且在地震力的影響之下對測算梁的塑性鉸。第五，在縱向地震作用下，橋梁墩柱潛在的塑性鉸處于頂、底端部區(qū)域，在橫向地震作用下，墩柱潛在塑性鉸處于墩底端部區(qū)域。而且，比對于墩柱來講，縱系的梁的剛度要低一些，如果發(fā)生地震的話，其兩側(cè)也會形成塑性鉸，進而我們可知在其和墩柱相連的地方是沒有塑性鉸存在的。最后，因為我們分析的時候是將縱梁看成是延性構(gòu)件的，因為其截面較之于墩柱小，所以它會在E1時期就形成塑性鉸。所以，一旦縱梁在此類地震力的影響下生成了塑性鉸的話，就要認真的測算它的轉(zhuǎn)動力。

3 結(jié)束語

作者先是論述了當前我國的大跨徑橋梁的抗震相關(guān)的知識，進而結(jié)合此類橋梁本身的特性，對其抗震分析以及測評工作進行了一些補充，目的是為了更好的帶動我們國家的路橋項目的發(fā)展，確保其更好的為國家的經(jīng)濟建設(shè)貢獻力量。

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