一、橋梁結構地震破壞的主要形式
(一)支座破壞,是指上部結構所產生的地震慣性力通過支座構件傳遞到下部結構,當傳遞的荷載強度超出支座構件的設計強度值時,支座發(fā)生破壞的現象。對于橋梁的下部結構,支座的破壞消解了大部分的地震力,避免了地震力傳遞至墩臺結構,避免了橋梁下部主體結構的損害程度,但同時支座的破壞可能會引起落梁等進一步的橋梁震害,
(二)落梁破壞,是指橋梁的梁板構件在地震時發(fā)生的水平位移超出梁板端部的支撐長度時發(fā)生梁體掉落的現象。落梁現象發(fā)生地震時在橋墩之間相對位移過大、支座喪失約束能力、梁的有效支撐長度不足、梁間碰撞劇烈等情況下。
二、橋梁抗震設計的基本原則
要達到合理抗震的設計目標要求,橋梁設計工程師需要深入的了解影響結構對地震反應的基本因素,并擁有豐富的工程經驗,在符合現行規(guī)范的前提之下充分發(fā)揮主觀的創(chuàng)造能力。基于目前的工程理論知識和歷次橋梁地震災害的經驗教訓,橋梁工程的抗震設計要遵循一些基本的設計原則。
(一)工程建設場地的選擇橋梁工程的建設場地盡量選擇地質情況穩(wěn)定的地方,盡量選擇土質堅硬的區(qū)域,避免地震時可能發(fā)生的松軟場地的地基失效現象。
(二)結構體系的整體性和規(guī)則性橋梁結構較好整體性可以有效的防止橋梁構件在地震發(fā)生時的掉落,并能是結構發(fā)揮良好的空間作用,因此盡量采用連續(xù)的橋梁上部結構以保證橋梁的整體性。除此之外,橋梁結構的布置還要做到尺寸、剛度和質量的均勻、規(guī)整及對稱,避免突然的變化引起地震力的集中。
(三)結構及構件的強度和延性的提高地震時橋梁結構的破壞源自于地震引起的橋梁結構的震動,在橋梁抗震的設計中除了要盡量減少地震力從地基傳遞至橋梁結構,還要使橋梁結構本身具備足夠的強度和延性,來抵抗非預期破壞的發(fā)生。在現有技術條件下,在盡量不增加結構自身重力和不改變結構剛度的前提之下,提高橋梁結構的強度與延性兩種方式是提高橋梁結構抗震能力的有效途徑。結構的剛度、強度與延性是保證結構整體抗震能力的三個主要參數要素,剛度可以有效的控制結構變形,而延性可以有效的控制強度與剛度在反復地震力作用下的衰退現象。
(四)能力設計的原則能力設計思想強調強度安全度差異,即在不同構件,如延性構件和能力保護構件,和不同破壞模式,如延性破壞和脆性破壞模式之間建立各自不同的強度和安全度。通過強度與安全度的差異化,確保橋梁結構在地震的作用下以延性形式進行反應,避免發(fā)生脆性的破壞模式。類似于建筑抗震設計中的強柱弱梁,強剪弱彎和強節(jié)點弱構件的抗震設計思想
(五)設置多道抗震防線采用冗余設計的思想,盡量使橋梁結構具備多道抵抗地震力的防護體系,以便在第一道抗震防線發(fā)生破壞后,有備用的第二道防線用于支撐橋梁結構的抗震需求,避免發(fā)生嚴重的橋梁損壞。例如在同時設置抗震錨栓與抗震擋塊,可以有效的防止地震時落梁的發(fā)生。
三、橋梁抗震設計的幾個方法
(一)橋梁抗震的概念設計抗震概念設計是指根據以往地震災害和工程抗震的經驗等獲得的基本抗震設計原則和設計思想,用以提出正確地橋梁結構總體方案、材料的選擇和細部的構造等,從而達到合理抗震的設計目的。合理抗震設計即要求設計出來的結構,在強度、剛度和延性等指標上擁有最佳的指標組合,使結構實現經濟性和抗震設防的雙重目標。橋梁抗震概念設計的主要任務是選擇合適的抗震結構體系,一般是根據橋梁結構抗震設計的規(guī)范要求進行。對于采用延性抗震概念設計的橋梁,還包括延性類型選擇和塑性耗能機制選擇。橋梁抗震的概念設計十分重要,其為抗震設計的數值計算創(chuàng)造了有利條件,使計算分析結果能更好的反映地震時結構反應的真實情況。
(二)地震響應分析方法的改變隨著人們對地震動力和結構動力不斷了解,抗震設計的理論和地震響應的分析設計方法也發(fā)展出多種方法。從地震動的振幅、頻譜和持時三要素來看,抗震設計的動力理論不但考慮了地震動的持時,而且還考慮了地震動中反應譜不能概括的其他特性,較之靜力理論和反應譜理論有著更全面的優(yōu)點。
(三)多階段設計方法伴隨著地震產生機理、地震的動特性及地震作用下各類結構破壞機理、動力特性和構件能力研究的不斷深入,加上不同的結構在不同概率的地震作用預期下的性能目標的各不相同,促使著結構設計在設計原則、設防水準等多個方面進行著不斷的改變和進步。橋梁工程的抗震設計也由原來的單一設防水準的一階段設計,改進為雙水準或三水準的兩階段和三階段設計方式,甚至是基于結構性能的多水準設防、多性能目標準則設計方式。
四、結語
橋梁工程的抗震設計仍是一個不斷發(fā)展的技術領域,相信隨著地震數字模擬技術的不斷發(fā)展及橋梁抗震新技術和新工藝的不斷翻新,橋梁工程的抗震設計將會日趨成熟。