第一篇：關于高墩大跨徑連續鋼構橋梁結構抗震設計分析論文

摘 要：隨著我國交通事業的發展，高墩大跨徑連續鋼構橋梁在交通道路建設中運用的越來越多，尤其是我國西南、西北地區，盤山公路等已經不能滿足經濟發展需要。但由于地形較為復雜，在道路建設中多采用橋梁，再加上山區為地震多發地帶，因而對橋梁設計要求極為嚴格。高墩大跨徑連續鋼構橋梁結構的設計具有良好抗震能力，分析其抗震設計，對于其完善與發展具有重要意義。

關鍵詞：高墩；大跨徑：連續鋼構梁；抗震設計高墩大跨徑連續鋼構橋簡介

鋼構橋結構較為特殊，是將墩臺與主梁整體固結。其承擔豎向荷載時，主梁通過產生負彎矩減少跨中正彎矩。橋墩作為鋼構橋的主體部分，主要承擔水平推力、壓力以及彎矩三種力。墩梁固結形式較為特殊，可通過節省抗震支座減少橋墩厚度，借助懸臂施工從而省去體系轉換，減少了施工工序。該結構可保持連續梁無伸縮縫，使行車平順。此外還具有無需設置支座和體系轉換功能，橋梁結構在順橋向和橫橋向分別具有抗彎和抗扭剛度，為施工提供具有便利。高墩大跨徑連續鋼構橋形式優缺點并存，其缺點在于受混凝土收縮、墩臺沉陷等因素影響，結構中可產生附加內力。作為高柔性墩，可允許其上部存在橫向變位。其優點在于弱化墩臺沉降所產生的內力，并減輕其對結構的影響。

其突出受力結構表現為橋墩與橋梁固結為整體，通過共同承受荷載進而較少負彎矩；該橋梁結構受力合理，抗震與抗扭能力強，具有整體性好，橋型流暢等優點。作為高柔性橋墩，可允許橋墩縱橫向存在合理變位。橋梁震害的具體表現

2.1 支座

在地震中支座損壞極為常見，支座遭到破壞后能夠改變力的傳遞，進而影響橋梁其它結構的抗震能力，其主要破壞形式有移位、剪斷以及支座脫落等。

2.2 上部結構

上部結構遭受震害主要是移位，即縱向、橫向發生移位。移位部位通常位于伸縮縫處，具體表現為梁間開脫、落梁、頂撞等。有資料顯示，順橋向落梁在總數中所占比例高達90%，由于這種落梁方式會撞擊到橋墩側壁，對下部結構造成巨大沖擊力，因而破壞力極大。

2.3 下部結構

橋梁的下部包含基礎、橋墩以及橋臺，其遭受破壞后可導致橋梁坍塌，且震后修復難度大，基本不能再投入使用。受水平力影響，薄弱的截面經過反復震動后受到嚴重破壞。延性破壞多指長細的柔性墩，表現為混凝土開裂、塑性變形，其產生原因為焊接不牢、部件配設不足等。脆性破壞多指粗矮橋墩，表現為鋼筋切斷，究其原因為墩柱剪切強度不足。橋臺多表現為滑移、顛覆。基礎的破壞表現為不均勻沉陷、樁基剪切等，其破壞具有隱蔽性，修復難度極大。橋梁震害原因

造成橋梁震害原因較多，主要有地震強度過大，超出橋梁的抗震設防標準；橋梁所處的地理位置不佳，致使地基變形；此外認為原因也可導致橋梁抗震能力不足，例如設計不合理，原材料質量不達標，施工出現操作失誤等。高墩大跨徑連續鋼構橋結構的抗震設計分析

4.1 重視高墩大跨徑連續鋼構橋的總體布置

地震時橋墩頂部位移較大，采用連續鋼構結構有助于減少落梁。墩梁固結為整體，則多余的約束可形成塑性鉸，從而提高橋梁的抗震能力。建設高墩橋時，受地理位置影響，易出現剛度和質量問題。合理調整相鄰橋墩高度，對于連續梁橋，應盡可能保持其剛度相近，并根據橋墩剛度比與周期比進行嚴密計算，減少誤差，增強高墩橋整體抗震能力。

4.2 選擇合適橋墩

在地震中，橋墩形式影響橋梁結構，因而其設計與選型對于抗震安全性具有重要意義。地形與地貌均對橋墩設計產生影響，常見的橋墩形式有門架墩、雙柱墩等，但抗彎與抗扭剛度較差，當橋墩超過30m時，易產生失穩現象。高墩大跨徑連續鋼構橋根據實際情況多采用空心薄壁墩（如圖1、2所示）或者獨柱T型墩，二者各個方向抗扭與抗彎剛度都較好，具有整體性好等優點。而獨柱T型墩適用于高度低于60m時，其原理是將懸挑式蓋梁與墩柱充分結合，其截面尺寸與剛度均較小。而心薄壁墩適用于高度低于80m時，外觀與獨柱T型墩相似，其截面尺寸與剛度均較大。高墩大跨徑連續鋼構橋的抗震計算

5.1 計算時所需考慮的因素

通常受地形、斷層、橋身長度限制，應考慮多點激勵的影響。同一地震，其在地表所呈現的反應不同，因而幅值、頻譜特征各異，再加上空間變化復雜，因而需考慮多方面因素。

地震時，受到高墩自身質量或周期影響，可形成兩個及其以上塑性鉸，而忽略高階振型會導致設計時出現誤差，從而影響橋梁抗震時安全性，因而在設計時應將橋墩高階振型的影響計算在內。

5.2 反應譜方法

在橋梁抗震分析中，反應譜方法較為常用，但其弊端在于地震時假設支座運動規律相同，沒有考慮運動的不一致性。對于處于地形復雜的高墩橋而言，這種不合理的假設造成非線性問題出現較大誤差。

5.3 隨機震動法

該方法是公認的較為合理方法，其結合地震發生的概率，但是計算量較大，同樣也會使非線性問題出現誤差。隨著科技的發展，隨機震動虛擬激勵法應運而生，不僅解決計算量的問題，同時確保計算的精度，具有效率高，使用方便等優勢，在高墩橋梁設計中應用廣泛，但在處理罕見地震時存在局限。高墩大跨徑連續鋼構橋抗震措施

6.1 重視橋墩臺處檔塊設計

地震中抗震檔塊出現剪裂現象，表明其設計對于提高橋梁整體抗震能力具有重要作用。在設計過程中，應重視其余主梁剛度的比值、剪裂的程度，此外針對不同跨徑與結構的橋梁，應根據實際需要設計不同尺寸的檔塊。

6.2 可對支座進行隔振處理

設計高墩橋梁時，可采用疊層、鉛芯橡膠等隔震支座，在橋梁與橋墩的連接處增加柔性，從而降低對地震的反應。

綜上所述，分析高墩大跨徑連續鋼構橋梁結構抗震設計，有助于完善橋梁總體設計，提高橋梁抗震能力，減少經濟損失，并提高橋梁安全性。

參考文獻

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第二篇：高烈度地震區中小跨徑公路橋梁抗震設計關鍵技術研究

高烈度地震區中小跨徑公路橋梁抗震設計關鍵技術研究

“高烈度地震區中小跨徑公路橋梁抗震設計關鍵技術研究”屬交通運輸部西部交通建設科技項目(合同編號：2009 318 000 096)。項目對汶川地震中中小跨徑公路橋梁的震害特征進行了歸納和總結,在此基礎上,開展中小跨徑橋梁的抗震關鍵技術研究。研究成果解決了中小跨度橋梁概念設計、斜、彎坡橋設計特殊方法和措施、減隔震設計實用化等關鍵技術問題,對我國中小跨徑橋梁抗震設計水平的提高有重要促進作用,從根本上提高西部地區新建交通網絡抵御地震災害的能力。項目在對國內外歷次大地震的橋梁震害進行調查歸納的基礎上,對汶川地震中1540座中小跨徑橋梁的震害進行系統分析,得出了汶川地震中小跨徑橋梁震害特征;針對震害特征對既有中小跨徑橋梁的抗震設計技術與構造措施進行了回顧與審視。主要針對抗震設防標準與性能目標合理性、橋梁延性構件設計方法及構造措施、橋梁能力保護構件設計方法及構造措施、橋梁擋塊計算及構造措施、橋梁防落梁措施、我國公路橋梁現行抗震設計方法及抗震構造措施等內容開展檢討分析;開展中小跨徑橋梁的適宜的抗震結構形式、結構體系、地形適應性、橋墩形式的選擇等關鍵技術研究,形成中小跨徑橋梁抗震概念設計體系;針對彎、斜、坡橋開展地震響應、碰撞效應、簡化計算分析方法、抗震構造措施開展研究,解決彎、斜、坡橋抗震設計問題;對中小跨徑橋梁隔震技術的簡化計算方法、實用化和體系化技術開展研究,對比了國、內外減隔震橋梁主梁限位及防落梁措施,建立了限位裝置的計算方法。解決我國中小跨徑橋梁隔震應用中的技術難題,并形成中小跨徑橋梁的防落措施體系;并在上述研究的基礎上,結合交通運輸部“汶川地震災后重建公路抗震減災關鍵技術研究重大專項”的部分研究成果,編寫了《高烈度山區新建中小跨徑橋梁抗震設計技術應用指南》。項目組研究人員經過近3年的刻苦攻關、精心研究,超額完成了合同規定的各項研究內容、技術指標及經濟指標,取得了5項重大科技成果和8項主要科技成果,攻克關鍵技術5項,并申請了2項國家發明專利。研究成果具有以下顯著特點： 1.揭示了山區中小跨徑橋梁在高烈度地震作用下的震害特征和基本規律。2.構建了利用主梁和支座間的滑動,結合墩臺限位裝置或抗震制動墩等控制梁體地震作用下變位的抗震設計方法。3.提出了考慮橋墩集成剛度的中小跨徑橋梁橋型選擇、聯跨布置、連接與支承等方面的設計準則和技術要求,完善了中小跨徑橋梁抗震設計的相關內容。4.研發了三向限位的組合型鋼抗震耗能擋塊。5.編制了《高烈度山區新建中小跨度橋梁抗震設計技術應用指南》,可為修編相關橋梁抗震規范提供技術支撐。項目研究成果在四川雅安至西昌、映秀至汶川等高速公路的設計中得到了應用,對我國高烈度地震區中小跨徑公路橋梁抗震設計的進步具有重要的推動作用,社會經濟效益顯著。

【完成人】：莊衛林，劉振宇，蔣勁松，李建中，王克海，唐光武，趙燦暉，冮大興，郭曉東，楊昌鳳，馮學剛，李茜，苗宇，胡建新，蘭海燕，楊興旺，殷強，曹發輝，韋韓，羊勇，管仲國，鄭萬山，張顯明，張又進，劉懷林

山區中小跨徑高墩梁橋抗震設計優化技術研究

1、課題來源與背景 我國高等級公路建設已經進入了地形復雜的山區,很多又是高烈度地震區,給橋梁工程帶來了新的挑戰。國內外研究集中在高墩、大跨橋梁,針對量大面廣的中小跨徑高墩非規則梁橋的抗震研究相對較少。在非規則高墩橋梁的抗震設計工作中,仍普遍借用、套用中、低墩規則橋梁的設計方法,可能會給結構帶來極大的安全隱患。因此,開展中小跨徑高墩非規則梁橋的相關研究,有助于完善特殊橋梁的抗震設計理論,促進特殊橋梁設計水平的提高,對山區高墩橋梁的設計工作具有直接、現實的指導意義?！吧絽^中小跨徑高墩梁橋抗震設計優化技術研究”由河南中原公路勘察設計有限公司利用自有資金立項,長安大學為協作研究單位。通過對多項設計關鍵技術開展研究攻關,并將其應用于工程實踐。

2、技術原理及性能指標 本項目針對山區中小跨徑以及高墩梁橋的抗震設計技術優化進行了研究,屬于應用基礎研究。本研究從抗震設計及分析理論出發;首先進行橋墩、支座組合選型研究,探索不等墩高橋梁地震反應特點的一般規律;其次揭示高墩破壞過程、破壞機理及性能指標;然后總結延性設計及能力保護設計的要求、減隔振裝置及分析模擬方法、抗震構造措施設計;最后總結出結構抗震概念設計要點,得到一套系統的設計理念和方法,可供設計人員直接參考。

3、技術的創造性與先進性““與國內外同類技術比較,本項目成果：(1)以下3個成果是國際首次系統提出或研究： ①支座與橋墩的聯合選型;②調整支座或橋墩剛度來達到剛度平衡的敏感性及適用范圍;③支座、限位裝置、連梁裝置的作用順序研究。(2)以下2個成果是國內首次系統總結： ①抗震概念設計;②圓型墩直徑、配筋率、系梁的全套設計參數研究。(3)以下3個成果對工程設計具有很強的直接參考作用： ①抗震分析與設計方法, ②不等墩高橋梁的地震反應特點, ③高墩橋梁的抗震性能指標和破壞機理。

4、技術的成熟程度,適用范圍和安全性 本項目研究工作基于良好的研究基礎和正確研究方法,采用可靠的研究手段,研究成果得到了實踐檢驗,具有較好的成熟度。本研究成果可直接適用于橋梁抗震設計,尤其適用于量多面廣的中小跨徑非規則連續梁橋的抗震設計,可提高橋梁抗震設計及安全水平,可簡化設計流程,降低設計成本。

5、應用情況及存在問題 研究成果已在“鶴壁市連接線北延Ⅱ期工程K23+904大橋”等橋梁設計中得到應用,正在設計的多座橋梁中也采用了本項目研究成果。研究成果具有良好的推廣應用前景,可產生巨大的經濟效益和社會效益。

6、歷年獲獎情況

【完成人】：張興超，梁鵬，胡宗相，魏方震，羅生舉，肖光昕，趙敬文，郭桂林，王秀蘭，吉世鵬，段瑞芳，胡予磊，黃強，龐戰勇，武威，吳曉靜，張小戎，任丙彥，曹鋒軍，劉冰