桥梁抗震设计要点
(1)选择对抗震有利地段
选择公路工程建设场地时,应根据工程需要,掌握地震活动情况和工程地质的有关资料,作出综合评价,宜选择有利地段,避开不利地段及危险地段。
对抗震有利的地段,一般是指坚硬土或开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等地段;不利地段,一般是指孤突的山梁、高差较大台地边缘、软弱粘性土及可液化土层等地段;危险地段,是指发震断层及其邻近地段和地震时可能发生大规模滑坡、崩塌等不良地质地段。
路线与桥位宜绕避下列地段:地震时可能发生滑坡、崩塌地段;地震时可能陷塌的暗河、溶洞等岩溶地段和已采空的矿穴地段;河床内基岩具有倾斜河槽的构造软弱面被深切河槽所切割的地段;地震时可能倒塌而严重中断公路交通的各种构造物。
对河谷两岸在地震时可能发生滑坡、崩塌而造成堵河成湖的地方,应估计其淹没和堵塞体溃决的影响范围,合理确定路线的标高和选定桥位。当可能因发生滑坡、崩塌而改变河流方向、影响岸坡和桥梁墩台以及路基的安全时,应采取适当的防护措施。
(2)确定合理的桥梁结构方案
在确定路线的总走向和主要控制点时,应尽量避开基本烈度较高的地区和震害危险性较大的地段;在路线设计中,要合理利用地形,正确掌握标准,尽量采用浅挖低填的设计方案以减少对自然平衡条件的破坏。
对于地震区的桥型选择,宜按下列几个原则进行:尽量减轻结构的自重和降低其重心,以减小结构物的地震作用和内力,提高稳定性;力求使结构物的质量中心与刚度中心重合,以减小在地震中因扭转引起的附加地震力;应协调结构物的长度和高度,以减少各部分不同性质的振动所造成的危害作用;适当降低结构刚度,使用延性材料提高其变形能力,从而减少地震作用;加强地基的调整和处理,以减小地基变形和防止地基失效。
(3)震害调查表明,梁桥的震害主要发生在下部结构,桥墩在纵、横向水平地震力作用下,会发生剪切破坏或弯曲破坏,使得墩身错位倾斜,导致落梁现象,引起桥面垮塌。桥台背后土体易在地震作用下失稳,推动桥台向河心滑移,并伴有沉陷和倾斜,梁体沿纵向挤压桥台,重则支座剪坏桥台断裂,造成边跨落梁桥面坍塌。桥梁支座在地震力作用下,破坏形式主要表现为支座锚栓剪断、活动支座脱落、支座连接破坏等,支座破坏常常导致落梁。震害资料同时显示,梁桥上部结构一般具有良好的抗震性能,震害主要是梁端撞损、梁片分离等,不影响梁的承载能力,震后也不难修复。
因此,按照《公路抗震规范》规定,在梁桥抗震验算时,应分别考虑顺桥和横桥两个方向的水平地震作用[注]计算墩台和支座承受的水平力以及地震动力水压力,并应考虑顺桥方向桥台的水平地震力和地震土压力。而对于简支梁和连续梁桥上部结构的抗震能力一般不予验算,但应采取抗震构造措施。
桥梁结构动力分析方法,一般情况下桥墩应采用反应谱理论计算,桥台采用静力法。对于结构特别复杂,桥墩高度超过30m的特大桥梁,可采用时程分析法。