论文部分内容阅读
[摘 要]冻土区的桥梁抗震设计是桥梁建设过程中所面临的重要问题，它所涉及的内容非常广泛，冻土层的厚度以及冻土的材料特性等因素都会对桥墩结构的抗震情况造成影响。本文对桥梁抗震概念设计以及结构桥梁地震破坏的主要形式进行了详细的分析，并提出了冻土区桥梁设计方法。
[关键词]冻土区；桥梁设计；抗震性；破坏形式；
中图分类号：U442.5+9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）24-0222-01
一、桥梁抗震概念设计
抗震概念设计是指根据地震灾害和工程经验等获得的基本设计原则和设计思想，正确地解决结构总体方案、材料使用和细部构造，以达到合理抗震设计的目的。合理抗震设计，要求设计出来的结构，在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合，使结构能够经济地实现抗震设防的目标。应当指出，强调概念设计重要，并非不重视数值计算，而是为了给抗震计算创造出有利条件，使计算分析结果更能反映地震时结构反应的实际情况。桥梁抗震概念设计阶段的主要任务是选择良好的抗震结构体系，主要根据桥梁结构抗震设计的一般要求进行。对于采用延性抗震概念设计的桥梁，还包括延性类型选择和塑性耗能机制选择。而在冻土区进行桥梁设计更应该充分考虑其在不同季节所产生的地质情况，这样才能有效提高其抗震性..我国著名的青藏铁路，就是在冻土区修建的，这里的其中的清水河大桥在修建的过程中就运用了科学的设计方法提高其抗震性。
二、桥梁结构地震破坏的主要形式
根据桥梁过去的地震破坏情况，除了如液化、断层等凼地基失效引起的破坏以外，混凝上桥梁最常见的破坏形式有以下四种：
2.1 弯曲破坏
结构在水平地震荷载作用下由于过大的变形导致混凝土保护层脱落、钢筋压屈和内部混凝土压碎、崩裂，结构失去承载能力。整个过程可以用以下四个阶段来描述：第一、当弯矩达到开裂强度时，截面出现水平弯曲裂缝；第二、随着裂缝的发展和荷载强度的提高，受拉侧的纵筋达到屈服强度；第三、随着变形量的增大，混凝土保护层脱落、塑性铰范围扩大；第四、钢筋压屈（或拉断）和内部混凝土压碎、崩裂。
12.2 剪切破坏（弯剪破坏）
在水平地震倚戟作用下，当结构受到的剪切力超过截而剪切强度时发生剪切破坏，整个破坏过程可以用以下四个阶段来描述：第一、截血弯矩达到开裂强度时，截面出现水平弯曲裂缝；第二、随着裂缝的发展和荷载强度的提高，柱内出现斜方向的剪切裂缝；第三、局部剪切裂缝增大，箍筋屈服导致剪切裂缝进一步增长；第四、发生脆性的剪切破坏。
2.3 落梁破坏
当梁体的水平位移超过梁端支撑长度时发生落梁破坏。落梁破坏是由于梁与桥墩（台）的相对位移过大，支座丧失约束能力后引起的一种破坏形式。发生在桥墩之间地震相对位移过大、梁的支撑长度不够、支座破坏、梁间地震碰撞等情况。
2.4 支座损伤
上部结构的地震惯性力通过支座传到下部结构，当传递荷载超过支座设计强度时支座发生损伤、破坏。支座损伤也是引起落梁破坏的主要原因。对于下部结构而言，支座损伤可以避免上部结构的地震荷载传到桥墩，避免桥梁发生破坏。
三、冻土区桥梁抗震设计原则
合理的抗震设计，要求设计出来的结构在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合，使结构能够经济的实现抗震设防的目标。要达到这个要求，就需要设计工程师深入了解对结构地震反应有重要影响的基本因素，并具有丰富的经验和创造力，而不仅仅是按规范的规定执行。冻土区对桥梁扛着设计的影响是非常大的，尤其是图纸变化最大的夏冬两季，在设计的过程中必须要坚持以下原则：
第一、场地选择。除了根据地震危险性分析尽可能选择比较安全的厂址之外，还要考虑一个地区内的场地选择。选择的原则是：避免地震时可能发生地基失效的松软场地，选择坚硬场地。第二、体系的整体性和规则性。桥梁的整体性要好，上部结构应尽可能是连续的。较好的整体性可防止结构构件及非结构构件在地震时被震散掉落，同时它也是结构发挥空间作用的基本条件。无论是在平面还是在立面上，结构的布置都要力求使几何尺寸、质量和刚度均匀、对称、规整，避免突然变化。 第三、提高结构和构件的强度和延性。桥梁结构的地震破坏源于地震动引起的结构振动，因此抗震设计要力图使从地基传入结构的振动能量为最小，并使结构具有适当的强度、刚度和延性，以防止不能容忍的破坏。在不增加重量、不改变刚度的前提下，提高总体强度和延性是两个有效的抗震途径。刚度的选择有助于控制结构变形；强度与延性则是决定结构抗震能力的两个重要参数。由于地震动可造成结构和构件周期反复变形，使其刚度与强度逐渐退化，因此，只重视强度而忽视延性绝对不是良好的抗震设计。第四、能力设计原则。能力设计思想强调强度安全度差异，即在不同构件和不同破坏模式（延性破坏和脆性破坏模式）之间确立不同的强度安全度。通过强度安全度差异，确保结构在大地震下以延性形式反应，不发生脆性的破坏模式。在我国以前的建筑抗震设计中，普遍采用"强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件"的设计思想。第五、多道抗震防线。应尽量使桥梁成为具有多道抵抗地震侧向力的体系，则在强地震动过程中，一道防线破坏后尚有第二道防线可以支撑结构，避免倒塌。因此，超静定结构优于同种类型的静定结构。但相对于建筑结构，桥梁在这方面可利用的余地通常并不大。
四、结束语
综上所述，冻土层对桥梁地震反应的影响是非常明显的。与融土情况相比，冻土层的存在可能增大也有可能减少桥墩的地震反应。所以，在对冻土区进行桥梁设计时应该充分考虑到冻土层对其抗震性所造成的影响，不能按照一般土层的设计方法进行设计。在季节性冻土及多年冻土区，不同季节时的桥墩地震反应是不同的，如果都按照统一季节的情况进行设计，可能是不安全的，应该充分结合夏冬两个季节的情况进行设计。
参考文献
[1] 郑孝强，邹文芳.提高桥梁抗震能力的设计方法研究[J].科协论坛（下半月）. 2009.01：33-35.
[2] 张彬，包寰宇.桥梁结构地震反应分析方法[J].山西建筑.2009.07：19-21.
[3] 周伟群.桥梁抗震设计有关问题分析[J].中国新技术新产品.2010.07：18-20.
[4] 曾辉.论桥梁的抗震设计及其在我国的应用[J].科技资讯.2009.02：40-42.
[关键词]冻土区；桥梁设计；抗震性；破坏形式；
中图分类号：U442.5+9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）24-0222-01
一、桥梁抗震概念设计
抗震概念设计是指根据地震灾害和工程经验等获得的基本设计原则和设计思想，正确地解决结构总体方案、材料使用和细部构造，以达到合理抗震设计的目的。合理抗震设计，要求设计出来的结构，在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合，使结构能够经济地实现抗震设防的目标。应当指出，强调概念设计重要，并非不重视数值计算，而是为了给抗震计算创造出有利条件，使计算分析结果更能反映地震时结构反应的实际情况。桥梁抗震概念设计阶段的主要任务是选择良好的抗震结构体系，主要根据桥梁结构抗震设计的一般要求进行。对于采用延性抗震概念设计的桥梁，还包括延性类型选择和塑性耗能机制选择。而在冻土区进行桥梁设计更应该充分考虑其在不同季节所产生的地质情况，这样才能有效提高其抗震性..我国著名的青藏铁路，就是在冻土区修建的，这里的其中的清水河大桥在修建的过程中就运用了科学的设计方法提高其抗震性。
二、桥梁结构地震破坏的主要形式
根据桥梁过去的地震破坏情况，除了如液化、断层等凼地基失效引起的破坏以外，混凝上桥梁最常见的破坏形式有以下四种：
2.1 弯曲破坏
结构在水平地震荷载作用下由于过大的变形导致混凝土保护层脱落、钢筋压屈和内部混凝土压碎、崩裂，结构失去承载能力。整个过程可以用以下四个阶段来描述：第一、当弯矩达到开裂强度时，截面出现水平弯曲裂缝；第二、随着裂缝的发展和荷载强度的提高，受拉侧的纵筋达到屈服强度；第三、随着变形量的增大，混凝土保护层脱落、塑性铰范围扩大；第四、钢筋压屈（或拉断）和内部混凝土压碎、崩裂。
12.2 剪切破坏（弯剪破坏）
在水平地震倚戟作用下，当结构受到的剪切力超过截而剪切强度时发生剪切破坏，整个破坏过程可以用以下四个阶段来描述：第一、截血弯矩达到开裂强度时，截面出现水平弯曲裂缝；第二、随着裂缝的发展和荷载强度的提高，柱内出现斜方向的剪切裂缝；第三、局部剪切裂缝增大，箍筋屈服导致剪切裂缝进一步增长；第四、发生脆性的剪切破坏。
2.3 落梁破坏
当梁体的水平位移超过梁端支撑长度时发生落梁破坏。落梁破坏是由于梁与桥墩（台）的相对位移过大，支座丧失约束能力后引起的一种破坏形式。发生在桥墩之间地震相对位移过大、梁的支撑长度不够、支座破坏、梁间地震碰撞等情况。
2.4 支座损伤
上部结构的地震惯性力通过支座传到下部结构，当传递荷载超过支座设计强度时支座发生损伤、破坏。支座损伤也是引起落梁破坏的主要原因。对于下部结构而言，支座损伤可以避免上部结构的地震荷载传到桥墩，避免桥梁发生破坏。
三、冻土区桥梁抗震设计原则
合理的抗震设计，要求设计出来的结构在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合，使结构能够经济的实现抗震设防的目标。要达到这个要求，就需要设计工程师深入了解对结构地震反应有重要影响的基本因素，并具有丰富的经验和创造力，而不仅仅是按规范的规定执行。冻土区对桥梁扛着设计的影响是非常大的，尤其是图纸变化最大的夏冬两季，在设计的过程中必须要坚持以下原则：
第一、场地选择。除了根据地震危险性分析尽可能选择比较安全的厂址之外，还要考虑一个地区内的场地选择。选择的原则是：避免地震时可能发生地基失效的松软场地，选择坚硬场地。第二、体系的整体性和规则性。桥梁的整体性要好，上部结构应尽可能是连续的。较好的整体性可防止结构构件及非结构构件在地震时被震散掉落，同时它也是结构发挥空间作用的基本条件。无论是在平面还是在立面上，结构的布置都要力求使几何尺寸、质量和刚度均匀、对称、规整，避免突然变化。 第三、提高结构和构件的强度和延性。桥梁结构的地震破坏源于地震动引起的结构振动，因此抗震设计要力图使从地基传入结构的振动能量为最小，并使结构具有适当的强度、刚度和延性，以防止不能容忍的破坏。在不增加重量、不改变刚度的前提下，提高总体强度和延性是两个有效的抗震途径。刚度的选择有助于控制结构变形；强度与延性则是决定结构抗震能力的两个重要参数。由于地震动可造成结构和构件周期反复变形，使其刚度与强度逐渐退化，因此，只重视强度而忽视延性绝对不是良好的抗震设计。第四、能力设计原则。能力设计思想强调强度安全度差异，即在不同构件和不同破坏模式（延性破坏和脆性破坏模式）之间确立不同的强度安全度。通过强度安全度差异，确保结构在大地震下以延性形式反应，不发生脆性的破坏模式。在我国以前的建筑抗震设计中，普遍采用"强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件"的设计思想。第五、多道抗震防线。应尽量使桥梁成为具有多道抵抗地震侧向力的体系，则在强地震动过程中，一道防线破坏后尚有第二道防线可以支撑结构，避免倒塌。因此，超静定结构优于同种类型的静定结构。但相对于建筑结构，桥梁在这方面可利用的余地通常并不大。
四、结束语
综上所述，冻土层对桥梁地震反应的影响是非常明显的。与融土情况相比，冻土层的存在可能增大也有可能减少桥墩的地震反应。所以，在对冻土区进行桥梁设计时应该充分考虑到冻土层对其抗震性所造成的影响，不能按照一般土层的设计方法进行设计。在季节性冻土及多年冻土区，不同季节时的桥墩地震反应是不同的，如果都按照统一季节的情况进行设计，可能是不安全的，应该充分结合夏冬两个季节的情况进行设计。
参考文献
[1] 郑孝强，邹文芳.提高桥梁抗震能力的设计方法研究[J].科协论坛（下半月）. 2009.01：33-35.
[2] 张彬，包寰宇.桥梁结构地震反应分析方法[J].山西建筑.2009.07：19-21.
[3] 周伟群.桥梁抗震设计有关问题分析[J].中国新技术新产品.2010.07：18-20.
[4] 曾辉.论桥梁的抗震设计及其在我国的应用[J].科技资讯.2009.02：40-42.