地震如何對連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生危害及防治措施

代乾冰克

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

地震如何對連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生危害及防治措施

代乾冰克

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

從橋梁受力機(jī)理、震源深度、地震破壞機(jī)理三方面分析地震對連續(xù)梁橋的危害。已該分析為基礎(chǔ)提出災(zāi)害防治的思考方向，提出防治措施。

地震；連續(xù)梁橋；災(zāi)害；防治

一、前言

地震是一種常見的自然災(zāi)害。我國位于環(huán)太平洋地震帶和亞歐地震帶之間。在我國主要分布20個地震帶。因此，對地震產(chǎn)生危害的認(rèn)識及對其防治的探究顯得尤為重要。地震波分為縱波(P波)和橫波(S波)，是地震傳遞及釋放能量的主要方式。其中破壞主要由橫波(S波)產(chǎn)生。

對于橋梁，地震產(chǎn)生的破壞是其它自然災(zāi)害難以望其項背的，會造成大量的人員傷亡及經(jīng)濟(jì)損失。因此，需要分析地震對橋梁結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理，找到其主要破壞因素，對該因素尋找較好的防治措施，以求地震產(chǎn)生的危害達(dá)到最小值。本文意從橋梁的受力機(jī)理、震源深度、地震破壞機(jī)理等幾個因素去探究地震對橋梁結(jié)構(gòu)的危害，并從中找到主要因素提出防治措施。

二、影響因素

(一)橋梁受力分析

連續(xù)梁橋主要為連續(xù)簡支結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)上，連續(xù)梁橋是由多組一根兩端分別受力在一個活動鉸支座和一個固定鉸支座上的梁作為主要承重構(gòu)件的梁橋，屬于靜定結(jié)構(gòu)。因為兩段支座的限制，在一般情況下，橋梁剛性較大，不會發(fā)生位移。并且在內(nèi)力作用下，一端可以自由變形，可以不考慮次內(nèi)力的影響。綜上所述，該橋型不僅結(jié)構(gòu)簡單、施工方便，而且可以不用考慮外界因素如地基變形、溫度改變等對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響。[1]-[5]

但也正因這種結(jié)構(gòu)而讓連續(xù)梁橋存在著致命缺陷。其固定鉸支座在起到約束橋梁縱向變形作用的同時，其活動支座端則會沿著梁的走向而自由滑動。[8]也就是說，超過一定滑動范圍，梁體就會從支座上掉下來。因此，簡支梁橋抗震力較弱，在超出設(shè)計范圍的外力作用下，此種橋完全會有落梁的危險。就如義昌大橋事故中，橋梁搭在超高墩臺上，在受到超外力作用下，橋梁縱向變形過大，而從活動支座端脫落。綜上所述，這種連續(xù)梁跨結(jié)構(gòu)在受到橫向波動荷載的作用下安全系數(shù)不高，橋跨結(jié)構(gòu)的抗震效果不好。

(二)震源深度

我們可以將地震抽象為在介質(zhì)中傳播的強(qiáng)烈波動作用。因為介質(zhì)的不同，地震波具有不同的傳播速度。傳播速度的分布能夠決定地震的傳播路徑。由費馬原理可知：波傳播始終遵循最小時間路徑的原則。因此，空間最短距離等價時間最短距離只會出現(xiàn)在地震波傳播于均勻介質(zhì)中時。在不均勻介質(zhì)中傳播速度的分布使得最短空間距離并不是最短時間路徑。

地震波不僅可以在地下傳播，而且也可以在空氣中傳播。由于空氣只能受壓縮而不能受剪切，因此在空氣中只有橫波可以傳播而縱波不能傳播。

綜上所述，震源深度對地震產(chǎn)生破壞的初始能量具有決定性的作用。地震爆發(fā)源到地表建筑物間的空間距離、傳播介質(zhì)、地質(zhì)情況等因素的改變可以影響地震的破壞力。以上因素能夠為保護(hù)橋梁結(jié)構(gòu)，減少地震的破壞提供建設(shè)性的思考方向。引導(dǎo)我們向超前檢測地基層及地基層下地質(zhì)結(jié)構(gòu)，改變調(diào)節(jié)地基層下地質(zhì)結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行努力。

(三)地震對橋梁的破壞機(jī)理

地震對連續(xù)梁橋梁產(chǎn)生的破壞不僅與該類橋梁的結(jié)構(gòu)體系有密切的聯(lián)系，而且跟橋梁的選址也是息息相關(guān)的。地震爆發(fā)時，通過橫波與縱波釋放能量對橋體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。可以抽象的認(rèn)為，地震波給予橋梁一個水平方向的加速度和縱向的加速度。根據(jù)連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)特性，我們可以判斷縱向的加速度對于橋體的破壞可以不予考慮。破壞主要來自于水平方向的加速度。因此，主要考慮地震對于橋體結(jié)構(gòu)的剪切破壞。

因為支座限制，連續(xù)梁橋的剛度大。地震爆發(fā)時，連續(xù)梁橋與大地一起作劇烈地水平運動。因為結(jié)構(gòu)體系原因，導(dǎo)致其剛度較另外橋梁結(jié)構(gòu)體系剛度大，所以水平運動導(dǎo)致其受到的破壞程度較之另外體系橋梁更大。但連續(xù)梁橋并非完全剛性結(jié)構(gòu)，所以其振動過程中任然伴隨相對于地基的附加振動。該種振動在工程地質(zhì)條件較差的地基處尤為嚴(yán)重。因此地基的選擇對于連續(xù)梁橋的抗震能力顯得尤為重要。另外如果能夠適當(dāng)?shù)母淖冞B續(xù)梁橋的剛度，對于其抗震性能的提升也有所幫助。

在地震破壞中，橋梁的上部結(jié)構(gòu)因沒有與大地直接接觸，所以不會受到地震的影響。地震的破壞機(jī)理如下：地震通過地震波將能量傳遞給橋臺和基礎(chǔ)，進(jìn)而通過橋墩傳遞給上部結(jié)構(gòu)，從而引起全橋的振動并將其破壞。因此對于地震的破壞，橋臺和地基首當(dāng)其沖，這也是地震過后大部分橋梁不能通過修復(fù)繼續(xù)使用的原因。

三、防治措施

(一)地基選擇

地震破壞首先破壞地基和橋臺。當(dāng)?shù)鼗蜆蚺_受到嚴(yán)重破壞后，連續(xù)梁橋無修復(fù)價值，所以地基的選擇尤其重要。在確定地基之前，可檢測地基層下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，判斷地震波傳遞的介質(zhì)數(shù)量。利用地震波在不同介質(zhì)面的折射和反射及傳播速度改變?nèi)ハ跗淠芰俊Ｍㄟ^汶川地震的實例我們可以發(fā)現(xiàn)地震對連續(xù)梁橋地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的是硬質(zhì)巖石。

(二)優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)

連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)體系決定其剛性較大的性能，這一性能導(dǎo)致其抗震能力弱。因此優(yōu)化梁橋的橋梁結(jié)構(gòu)是增大其抗震性能的一個可行性方案。可以在橋梁結(jié)構(gòu)中添加柔性連接，減弱其剛性，減少橋梁受地震波橫波的作用強(qiáng)度，增加橋梁的抗震強(qiáng)度。可以在橋梁主體外布置強(qiáng)度較低的附屬結(jié)構(gòu)，使地震優(yōu)先破壞強(qiáng)度較低的附屬結(jié)構(gòu)，保障主體結(jié)構(gòu)的安全，以此增加連續(xù)梁橋的抗震強(qiáng)度。

對于大跨度的橋梁，采取了連續(xù)簡支梁結(jié)構(gòu)，那么就要對其橋面進(jìn)行科學(xué)、有效地鞏固舉措，保證橋梁在連續(xù)性上的特征。同時，在寬上保證橋梁達(dá)標(biāo)。另外，為了避免墩臺發(fā)生位置的變化，可以適當(dāng)增加隔檔來實現(xiàn)。在對大跨度橋梁進(jìn)行橋墩設(shè)計的時候，要充分利用箍筋，目的是保證墩柱具有合理的約束力，增加配箍率會顯著增大墩柱延性。

四、結(jié)語

通過對地震對連續(xù)梁橋的危害的探究和對預(yù)防措施的思考。熟悉了地震的產(chǎn)生機(jī)理，剖析了地震對橋梁的破壞方式。從橋梁的受力、震源深度、地震破壞機(jī)理三方向做出思考，解答了地震如何破壞連續(xù)梁橋。為連續(xù)梁橋在地震方面的預(yù)防提供了思考方向和一些方法。

[1]郭理學(xué).基于大跨度橋梁抗震設(shè)計及加固技術(shù)的研究[J].科技與企業(yè)，2015，24(4)：155—156.

[2]劉逵.大跨度斜拉橋非一致激勵地震反應(yīng)分析及減震設(shè)計[D].成都：西南交通大學(xué)，2010.

[3]楊亮，肖杰，王文欣，等.大跨度連續(xù)梁橋的減隔震和延性抗震分析[J].公路交通科技，2011，28(8)：73—78.

[4]王文欣，肖杰，楊立波，等.大跨度連續(xù)梁橋的延性抗震分析[J].城市道橋與防洪，2013，30(8)：85—88，386

[5]范立礎(chǔ)，胡世德，葉愛君.大跨度橋梁抗震設(shè)計[M].北京：人民交通出版社，2001

[6]M.J.N.普瑞斯特雷.橋梁抗震設(shè)計與加固[M].北京：人民交通出版社，1997

[7]李國豪.橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與振動[M].北京：中國鐵道出版社，1996

[8]范立礎(chǔ).橋梁抗震[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1996

[9]馬寶林.高墩大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋[M].北京：人民交通出版社，2001