大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋抗震分析和評(píng)價(jià)基本方法

劉宏偉

摘 要：道路橋梁是一個(gè)國(guó)家發(fā)展經(jīng)濟(jì)必需的前提條件。作者從抗震的角度分析了當(dāng)前我國(guó)的路橋項(xiàng)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(píng)價(jià)；抗震設(shè)計(jì)

引言

最近幾年，我們國(guó)家的經(jīng)濟(jì)獲取了非常顯著的發(fā)展，此時(shí)很多先進(jìn)的科技工藝開始應(yīng)用到工作當(dāng)中，比如路橋項(xiàng)目中大量的使用預(yù)應(yīng)力等科技，目前路橋項(xiàng)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(xiàng)目中，絕大部分橋梁的高度都超過一百五十米。但是國(guó)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(xiàng)目中。所以對(duì)于那些較高高度的項(xiàng)目假如還是使用當(dāng)前的條例的話，就會(huì)導(dǎo)致抗震工作開展不到位。作者結(jié)合當(dāng)前的設(shè)計(jì)規(guī)范論述了一百五十米之上的橋梁的抗震測(cè)評(píng)工作。

1 大跨徑橋梁抗震分析、評(píng)價(jià)基本方法

通常來說，在我們對(duì)大跨徑連續(xù)橋開展抗震測(cè)評(píng)工作的時(shí)候，要切實(shí)的按照如下的環(huán)節(jié)開展工作：確定地震動(dòng)輸入，相關(guān)截面彎矩曲率分析，模型簡(jiǎn)化和模態(tài)分析，地震反應(yīng)分析和驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)抗震措施檢查。

1.1 確定地震動(dòng)輸入

當(dāng)前我國(guó)的路橋項(xiàng)目參照的是兩階段的抗震思想。也就是說其設(shè)計(jì)是按照E1和E2兩級(jí)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)開展的。通常來講，E1地震對(duì)應(yīng)的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按照滿足“中震彈性”的要求確定，E2地震對(duì)應(yīng)的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按“大震可修”的要求確定。因此，按照要求，E1地震對(duì)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(duì)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(duì)A類的項(xiàng)目來講，它們的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)較之于其他的要高一些，這樣就會(huì)使得投資變多。所以，在最初的設(shè)計(jì)的時(shí)候，進(jìn)行橋梁E2階段的抗震分析時(shí)，取兩種臨界情況下的地震輸入E2-1和E2-2，分別對(duì)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(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較后確定。E2地震對(duì)應(yīng)的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)最終確定后，再對(duì)橋梁進(jìn)行E2階段的抗震分析，然后結(jié)合分析進(jìn)行測(cè)評(píng)工作。如果需要的話，還應(yīng)該變更設(shè)計(jì)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(dāng)截面受拉鋼筋屈服時(shí)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(shí)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(jì)算它的剛度的話，此時(shí)內(nèi)力的計(jì)算數(shù)值較之于正常的要大一些，此時(shí)就會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)看似很快就呈現(xiàn)出塑性狀態(tài)，其實(shí)，只要計(jì)算的彎矩?cái)?shù)值沒有超過等效彎矩?cái)?shù)值的話，我們就可以判定構(gòu)件此時(shí)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(jì)算得出。如果計(jì)算得到的彎矩?cái)?shù)值比等效彎矩要大的話，此時(shí)就會(huì)在截面周圍出現(xiàn)塑性鉸。而且當(dāng)截面的彎矩變大的時(shí)候，該區(qū)域也會(huì)形成塑性的轉(zhuǎn)動(dòng)。在實(shí)際的工作中，我們可以設(shè)計(jì)鉸彈簧，以此來模擬上述的塑性活動(dòng)。該彈簧的剛度可以等同為塑性鉸的剛度，在具體的計(jì)算的時(shí)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(jiǎn)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(gè)大的前提。也就是說要精簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而得到一個(gè)可以體現(xiàn)結(jié)構(gòu)動(dòng)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(dòng)情況。我們?cè)谡撟C模型是不是與真實(shí)結(jié)構(gòu)體現(xiàn)的結(jié)果一致的時(shí)候，常會(huì)使用一個(gè)方法也就是對(duì)結(jié)構(gòu)開展模態(tài)分析工作，進(jìn)而對(duì)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(yàn)算

在地震輸入、構(gòu)件等效抗彎剛度及結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析模型等輸入條件確定后，即可進(jìn)行E1和E2地震作用下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析和驗(yàn)算工作。相應(yīng)于三種概率水準(zhǔn)的地震輸入，該項(xiàng)抗震分析以及驗(yàn)算活動(dòng)同樣也被分成三種。在E1地震作用下，對(duì)結(jié)構(gòu)開展抗彎以及抗剪性能的測(cè)算，該項(xiàng)測(cè)算活動(dòng)是為了分析主體是不是合乎彈性指標(biāo)，也就是分析運(yùn)算的彎矩是不是比屈服彎矩要小，抗剪驗(yàn)算主要是對(duì)結(jié)構(gòu)潛在塑性鉸區(qū)域的斜截面抗剪強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。因?yàn)镋1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(shí)不用分析其是不是出現(xiàn)了變形。而對(duì)于E2-1和E2-2兩個(gè)概率水準(zhǔn)的地震作用下，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)會(huì)生成塑性鉸，所以，在做好抗彎以及抗剪強(qiáng)度的運(yùn)算之外，還要進(jìn)行的一項(xiàng)工作就是分析結(jié)構(gòu)的變形現(xiàn)象。

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

除了對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行E1和E2地震作用下的地震反應(yīng)分析和強(qiáng)度等驗(yàn)算外，還應(yīng)該結(jié)合設(shè)計(jì)理念，詳細(xì)的分析結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)以及抗震方法等。因?yàn)?，?shí)際上結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算分析和驗(yàn)算是以結(jié)構(gòu)的細(xì)部構(gòu)造措施滿足地震要求作為前提的，如果細(xì)部的構(gòu)造方法受到干擾，或是因?yàn)闆]有做好抗震工作而形成落梁現(xiàn)象的話，此時(shí)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度就無法體現(xiàn)出來，嚴(yán)重的話還會(huì)使得整個(gè)橋梁不能夠正常的運(yùn)作。

2 大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋抗震分析、評(píng)價(jià)的具體特點(diǎn)

第一，對(duì)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(duì)其進(jìn)行剛度的折減。在分析它的彎矩分析的時(shí)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(shí)際工作中規(guī)定E1地震之下其主體要有較高的彈性，對(duì)于縱梁來講，可以以塑性的狀態(tài)存在。第三，因?yàn)檫@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(jìn)入塑性工作的兩種臨界狀態(tài)是指橋梁墩柱進(jìn)入塑性工作的兩種臨界狀態(tài)。第四，考慮到具有適當(dāng)剛度的縱系梁對(duì)墩柱的受力有利。所以，當(dāng)我們開展抗震測(cè)評(píng)的時(shí)候，把縱梁當(dāng)成延性構(gòu)件，而且在地震力的影響之下對(duì)測(cè)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(duì)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(huì)形成塑性鉸，進(jìn)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?yàn)槲覀兎治龅臅r(shí)候是將縱梁看成是延性構(gòu)件的，因?yàn)槠浣孛孑^之于墩柱小，所以它會(huì)在E1時(shí)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(rèn)真的測(cè)算它的轉(zhuǎn)動(dòng)力。

3 結(jié)束語

作者先是論述了當(dāng)前我國(guó)的大跨徑橋梁的抗震相關(guān)的知識(shí)，進(jìn)而結(jié)合此類橋梁本身的特性，對(duì)其抗震分析以及測(cè)評(píng)工作進(jìn)行了一些補(bǔ)充，目的是為了更好的帶動(dòng)我們國(guó)家的路橋項(xiàng)目的發(fā)展，確保其更好的為國(guó)家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)

[1]JTJ004-2005.公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范征求意見稿[S].

[2]JTJ004-89.公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]范立礎(chǔ).橋梁抗震[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1997：23-24.

[4]范立礎(chǔ)，卓衛(wèi)東.橋梁延性抗震設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社，2001：30-31.

[5]吳斌.淮河特大橋抗震分析研究[J].山西建筑，2006，32（16）：137-138.