桥梁延性与减隔震设计探讨
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桥梁延性与减隔震设计探讨
桥梁延性与减隔震设计探讨
摘要：本文从桥梁震害的发生部
位和特点入手，详细探讨了桥
梁延性抗震设计的要点，
并对桥梁
减隔震设计中应注意的问题进行了
说明。
关键词：桥梁；延性；减隔震；构件；强度
Abstract: this
article from the location and the
characteristics of the bridge damage,
the main points of the
seismic
design
and
retrofit
of
Bridges
is
discussed
in
detail,
and the reduction of
the bridge isolation problems should be
paid attention to in the design.
Key
words:
Bridges;
Ductility;
Reduce
isolation;
Component;
Strength of the
中图分类号：
U442.5+9
文献标识码：
A
文章编号：
2095-2104(2013)
桥梁震害的发生部位与特点
纵观以往的桥梁震害，
主要产生于下
部结构，
即使有上部结构破
坏的情况，
也往往是由于下部结构的破坏或过大的变位引起的，
特别
是梁式
桥和连续拱桥更是如此。
一般说来，
桥梁墩台的破坏主要是由于地面加速度产生很大的振
动使薄弱截面产生破坏而引起的，
从大量震害实例来看，
比较高柔的
桥墩多为弯曲型破坏，
矮粗的桥墩则为
剪切型破坏，
介于两者之间的
则为混合型破坏；无筋或少筋的圬
工墩台，破坏一般为开裂或折断；
而钢筋混凝土或钢结构等延性构件，多表现为开裂、混
凝土剥落、压
溃、钢筋裸露和弯曲等，并可以产生很大的塑性变形。常见的破坏部
位可归纳如下：
承台与桩的连接处，
这类破坏多发生
在软弱地基上的桥墩；
高桩
承台式桥墩更易发生这类破坏。
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墩身与基础的连接处。
墩身在靠近地面处断裂，主要发生在承台面埋入地下较深的桥
墩。
墩身在中部开裂，
主要发生在受剪为主及上下部布有钢筋、
中部
无钢筋或少筋的桥墩。
墩帽与墩身连接处，
多发生在墩帽托盘伸出较大的桥墩，
因上部
结构横向
振动产生的偏压在结合处产生应力集中而出现压溃、
剥落而
屈服
破坏。
桥梁支座的震害。
它历来被认为是桥梁整体抗震性能上的一个薄
弱环节，
其主要原因是支座设计没有充分考虑抗震要求，
连接
与支挡
等构造措施不足，
某些支座形式和材料上的缺陷等因素。
破坏形式主
要表现为支座锚固螺栓被拔出剪断、
活动支座脱落及支座本身构造上
的破坏等，
在较强的水
平地震波与竖直地震波共同作用下，
支座破坏
更为严重。
桥梁延性抗震设计
（一）延性抗震设计概述
目前，抗震设计方法正从传统的强度理论想延性抗震理论过渡
，
大多数多地震国家的桥梁抗震设计规范已采纳了延性抗震理论。
延性抗震理论不同于强度理
论的是，
它是通过结构选定部位的塑
性变形
（形成塑性铰）
来抵抗地震作用的。
利用选定部位的塑性变
形，
不仅能消耗地震能量，还能延长结构周期，从而减小地震反应。
（二）延性抗震设计原理
众所周知，
在特定场地条件下，
发生极端大地展的概率是很小的，
大部分结构在其整个使用期很可能
不会经历这样大的地震。
因而在设
计地震作用下将结构设计成完
全弹性的是不切实际的，
而且也是很不
经济的。在强震作用下容
许结构进入塑性，发生局部的损坏，从而利
用结构的延性（塑性变形耗能）来抗震是可行
的。结构在地震作用下
的非弹性反应，
可以根据结构构件的滞回
特性曲线利用计算机对结构
的非弹性地展反应方程作数值求解。
（三）桥梁延性抗震设计要点
1
、潜在塑性铰位置的选择
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延性抗震设计的第一步，
是选定潜在塑性铰区的位置。
选择结构
中预期出现的塑性铰位置时，
应能使结
构获得最优的耗能，
并尽可能
使预期的塑性铰出现在易于发现和
易于修复的结构部位。
塑性铰位置
选择中应注意以下问题：
（
1
）震害调查也表明，上部结构很少会因直
接的地震动作用而
破坏，
而下部结构则常常因遭受巨大的水平地
震惯性力作用而导致破
坏。
所以，
强震
作用下预期出现的塑性铰位置只能在桥梁的下部结构
中选择。
（
2
）
在下部结构中，
由于基础通常埋置于地下，
一旦出现损坏，
修复的难度和代价
比较高，
也不利于震后迅速发现，
因而通常不希望
在基础中出现塑性铰。
预期出现塑性铰的位置通常就选择在钢筋混凝
土桥墩中，
把钢筋混凝土桥墩设计成延性构件，
而把其余构件设计为
能力保护构件。
（
3
）钢筋混凝土墩柱桥梁，抗震设计时，墩柱作为延性构件设
计，桥梁基础、盖梁、梁体和结合点宜作为能力保护构件。墩柱的抗
剪
强度宜按能力保护原则设计。
（
4
）沿顺
桥向，连续梁桥、简支梁桥墩柱的底部区域，连续刚
构桥墩柱的端部区域为塑性铰区域；
沿横桥向，单住墩的底部区域、
双柱墩或多柱墩的端部区域为塑性铰区域。
典型的墩柱塑性铰区域见
下图。
图
1
单柱墩塑性铰区域
图
2
双柱墩塑性铰区域
2
、延性构件设计
（
1
）延性构件的抗剪强度验算
在延性桥墩截面通过抗弯强度验算
后，
塑性铰区截面的纵向钢筋
就已经确定下来。
延性桥墩截面抗剪强度验算的目的，
是为了保证桥
墩在
强震作用下不发生脆性的剪切破坏，
确保桥墩能按预期的弯曲延
性形式反应。
根据能力设计原理，
延性构件的抗剪强度的安全系
数取
值应大于抗弯强度的安全系数。
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从大量震害和试验结果的观察发现，
立柱的实际抗弯承载能力要
大于其设计承载能力，
这种现象称立柱抗弯超强现象。
引起立柱抗弯
超强的原因很多，
但最主要的原因
是材料实际强度与设计强度之间的
差异以及混凝土强度取值的保守。
如果立柱塑性铰的抗弯承载能力出
现太大的超强，
而立柱的
抗剪强度或能力保护构件的强度的超强又不
足以达到能力保护的程度，
< br>则按能力设计原则进行抗震设计的有效性
将大大降低。因此，为了确保延性构件不
发生脆性的破坏模式，并确
保能力保护构件处于弹性反应范围，
在确定它们的弯矩、
剪力设计值
时，采用立柱抗弯超强系数来考
虑超强现象。
墩柱塑性铰区域沿顺桥向和横桥向的斜截面抗剪强度应按下列
公式验算：
式中，
VC0---
剪力设计值（
KN
）
；
ƒˊc
---
混凝土抗剪强度标准值
（
MPa
）
；
Vs---
箍筋提供的抗剪能力（
KN
）
；
Ae---
核心混凝土面积（
cm2)
；
Ak---
同一截面上箍筋的总面积（
cm2
）
；
Sk---
箍筋的间距（
cm
）
；
ƒyh---
箍筋抗拉强度设计值（
MPa
）
；
b---
沿计算方向墩柱的宽度（
cm
）
；<
/p>
Φ
---
抗剪强度折减系数，
Φ
=0.85
。
（
2
）延性构件的延性设计
根据能力设计原理，
延性桥梁的钢筋混凝土桥墩通常设计成延
性构件，其它构件则常常设计成
弹性构件。
< br>为了保证钢筋混凝土桥墩的延性，
最通常的做法是在桥墩预期的
< br>塑性铰区截面配置足够数量的横向约束箍筋，
通过横向约束箍筋对核
心混凝土的约束作用，提高核心混凝土的极限
压应变，
从而提供设计所需的延性。
加密的钢筋应满足以下要求：
①加密区的长度为弯曲方向截面宽度的
1.0
倍，超过最大弯矩
80%
的范
围。