高烈度地震区中小跨径公路桥梁抗震设计关键技术研究[五篇材料]

第一篇：高烈度地震区中小跨径公路桥梁抗震设计关键技术研究

高烈度地震区中小跨径公路桥梁抗震设计关键技术研究

“高烈度地震区中小跨径公路桥梁抗震设计关键技术研究”属交通运输部西部交通建设科技项目(合同编号：2009 318 000 096)。项目对汶川地震中中小跨径公路桥梁的震害特征进行了归纳和总结,在此基础上,开展中小跨径桥梁的抗震关键技术研究。研究成果解决了中小跨度桥梁概念设计、斜、弯坡桥设计特殊方法和措施、减隔震设计实用化等关键技术问题,对我国中小跨径桥梁抗震设计水平的提高有重要促进作用,从根本上提高西部地区新建交通网络抵御地震灾害的能力。项目在对国内外历次大地震的桥梁震害进行调查归纳的基础上,对汶川地震中1540座中小跨径桥梁的震害进行系统分析,得出了汶川地震中小跨径桥梁震害特征;针对震害特征对既有中小跨径桥梁的抗震设计技术与构造措施进行了回顾与审视。主要针对抗震设防标准与性能目标合理性、桥梁延性构件设计方法及构造措施、桥梁能力保护构件设计方法及构造措施、桥梁挡块计算及构造措施、桥梁防落梁措施、我国公路桥梁现行抗震设计方法及抗震构造措施等内容开展检讨分析;开展中小跨径桥梁的适宜的抗震结构形式、结构体系、地形适应性、桥墩形式的选择等关键技术研究,形成中小跨径桥梁抗震概念设计体系;针对弯、斜、坡桥开展地震响应、碰撞效应、简化计算分析方法、抗震构造措施开展研究,解决弯、斜、坡桥抗震设计问题;对中小跨径桥梁隔震技术的简化计算方法、实用化和体系化技术开展研究,对比了国、内外减隔震桥梁主梁限位及防落梁措施,建立了限位装置的计算方法。解决我国中小跨径桥梁隔震应用中的技术难题,并形成中小跨径桥梁的防落措施体系;并在上述研究的基础上,结合交通运输部“汶川地震灾后重建公路抗震减灾关键技术研究重大专项”的部分研究成果,编写了《高烈度山区新建中小跨径桥梁抗震设计技术应用指南》。项目组研究人员经过近3年的刻苦攻关、精心研究,超额完成了合同规定的各项研究内容、技术指标及经济指标,取得了5项重大科技成果和8项主要科技成果,攻克关键技术5项,并申请了2项国家发明专利。研究成果具有以下显著特点： 1.揭示了山区中小跨径桥梁在高烈度地震作用下的震害特征和基本规律。2.构建了利用主梁和支座间的滑动,结合墩台限位装置或抗震制动墩等控制梁体地震作用下变位的抗震设计方法。3.提出了考虑桥墩集成刚度的中小跨径桥梁桥型选择、联跨布置、连接与支承等方面的设计准则和技术要求,完善了中小跨径桥梁抗震设计的相关内容。4.研发了三向限位的组合型钢抗震耗能挡块。5.编制了《高烈度山区新建中小跨度桥梁抗震设计技术应用指南》,可为修编相关桥梁抗震规范提供技术支撑。项目研究成果在四川雅安至西昌、映秀至汶川等高速公路的设计中得到了应用,对我国高烈度地震区中小跨径公路桥梁抗震设计的进步具有重要的推动作用,社会经济效益显著。

【完成人】：庄卫林，刘振宇，蒋劲松，李建中，王克海，唐光武，赵灿晖，冮大兴，郭晓东，杨昌凤，冯学刚，李茜，苗宇，胡建新，兰海燕，杨兴旺，殷强，曹发辉，韦韩，羊勇，管仲国，郑万山，张显明，张又进，刘怀林

山区中小跨径高墩梁桥抗震设计优化技术研究

1、课题来源与背景 我国高等级公路建设已经进入了地形复杂的山区,很多又是高烈度地震区,给桥梁工程带来了新的挑战。国内外研究集中在高墩、大跨桥梁,针对量大面广的中小跨径高墩非规则梁桥的抗震研究相对较少。在非规则高墩桥梁的抗震设计工作中,仍普遍借用、套用中、低墩规则桥梁的设计方法,可能会给结构带来极大的安全隐患。因此,开展中小跨径高墩非规则梁桥的相关研究,有助于完善特殊桥梁的抗震设计理论,促进特殊桥梁设计水平的提高,对山区高墩桥梁的设计工作具有直接、现实的指导意义。“山区中小跨径高墩梁桥抗震设计优化技术研究”由河南中原公路勘察设计有限公司利用自有资金立项,长安大学为协作研究单位。通过对多项设计关键技术开展研究攻关,并将其应用于工程实践。

2、技术原理及性能指标 本项目针对山区中小跨径以及高墩梁桥的抗震设计技术优化进行了研究,属于应用基础研究。本研究从抗震设计及分析理论出发;首先进行桥墩、支座组合选型研究,探索不等墩高桥梁地震反应特点的一般规律;其次揭示高墩破坏过程、破坏机理及性能指标;然后总结延性设计及能力保护设计的要求、减隔振装置及分析模拟方法、抗震构造措施设计;最后总结出结构抗震概念设计要点,得到一套系统的设计理念和方法,可供设计人员直接参考。

3、技术的创造性与先进性““与国内外同类技术比较,本项目成果：(1)以下3个成果是国际首次系统提出或研究： ①支座与桥墩的联合选型;②调整支座或桥墩刚度来达到刚度平衡的敏感性及适用范围;③支座、限位装置、连梁装置的作用顺序研究。(2)以下2个成果是国内首次系统总结： ①抗震概念设计;②圆型墩直径、配筋率、系梁的全套设计参数研究。(3)以下3个成果对工程设计具有很强的直接参考作用： ①抗震分析与设计方法, ②不等墩高桥梁的地震反应特点, ③高墩桥梁的抗震性能指标和破坏机理。

4、技术的成熟程度,适用范围和安全性 本项目研究工作基于良好的研究基础和正确研究方法,采用可靠的研究手段,研究成果得到了实践检验,具有较好的成熟度。本研究成果可直接适用于桥梁抗震设计,尤其适用于量多面广的中小跨径非规则连续梁桥的抗震设计,可提高桥梁抗震设计及安全水平,可简化设计流程,降低设计成本。

5、应用情况及存在问题 研究成果已在“鹤壁市连接线北延Ⅱ期工程K23+904大桥”等桥梁设计中得到应用,正在设计的多座桥梁中也采用了本项目研究成果。研究成果具有良好的推广应用前景,可产生巨大的经济效益和社会效益。

6、历年获奖情况

【完成人】：张兴超，梁鹏，胡宗相，魏方震，罗生举，肖光昕，赵敬文，郭桂林，王秀兰，吉世鹏，段瑞芳，胡予磊，黄强，庞战勇，武威，吴晓静，张小戎，任丙彦，曹锋军，刘冰

第二篇：关于高墩大跨径连续钢构桥梁结构抗震设计分析论文

摘 要：随着我国交通事业的发展，高墩大跨径连续钢构桥梁在交通道路建设中运用的越来越多，尤其是我国西南、西北地区，盘山公路等已经不能满足经济发展需要。但由于地形较为复杂，在道路建设中多采用桥梁，再加上山区为地震多发地带，因而对桥梁设计要求极为严格。高墩大跨径连续钢构桥梁结构的设计具有良好抗震能力，分析其抗震设计，对于其完善与发展具有重要意义。

关键词：高墩；大跨径：连续钢构梁；抗震设计高墩大跨径连续钢构桥简介

钢构桥结构较为特殊，是将墩台与主梁整体固结。其承担竖向荷载时，主梁通过产生负弯矩减少跨中正弯矩。桥墩作为钢构桥的主体部分，主要承担水平推力、压力以及弯矩三种力。墩梁固结形式较为特殊，可通过节省抗震支座减少桥墩厚度，借助悬臂施工从而省去体系转换，减少了施工工序。该结构可保持连续梁无伸缩缝，使行车平顺。此外还具有无需设置支座和体系转换功能，桥梁结构在顺桥向和横桥向分别具有抗弯和抗扭刚度，为施工提供具有便利。高墩大跨径连续钢构桥形式优缺点并存，其缺点在于受混凝土收缩、墩台沉陷等因素影响，结构中可产生附加内力。作为高柔性墩，可允许其上部存在横向变位。其优点在于弱化墩台沉降所产生的内力，并减轻其对结构的影响。

其突出受力结构表现为桥墩与桥梁固结为整体，通过共同承受荷载进而较少负弯矩；该桥梁结构受力合理，抗震与抗扭能力强，具有整体性好，桥型流畅等优点。作为高柔性桥墩，可允许桥墩纵横向存在合理变位。桥梁震害的具体表现

2.1 支座

在地震中支座损坏极为常见，支座遭到破坏后能够改变力的传递，进而影响桥梁其它结构的抗震能力，其主要破坏形式有移位、剪断以及支座脱落等。

2.2 上部结构

上部结构遭受震害主要是移位，即纵向、横向发生移位。移位部位通常位于伸缩缝处，具体表现为梁间开脱、落梁、顶撞等。有资料显示，顺桥向落梁在总数中所占比例高达90%，由于这种落梁方式会撞击到桥墩侧壁，对下部结构造成巨大冲击力，因而破坏力极大。

2.3 下部结构

桥梁的下部包含基础、桥墩以及桥台，其遭受破坏后可导致桥梁坍塌，且震后修复难度大，基本不能再投入使用。受水平力影响，薄弱的截面经过反复震动后受到严重破坏。延性破坏多指长细的柔性墩，表现为混凝土开裂、塑性变形，其产生原因为焊接不牢、部件配设不足等。脆性破坏多指粗矮桥墩，表现为钢筋切断，究其原因为墩柱剪切强度不足。桥台多表现为滑移、颠覆。基础的破坏表现为不均匀沉陷、桩基剪切等，其破坏具有隐蔽性，修复难度极大。桥梁震害原因

造成桥梁震害原因较多，主要有地震强度过大，超出桥梁的抗震设防标准；桥梁所处的地理位置不佳，致使地基变形；此外认为原因也可导致桥梁抗震能力不足，例如设计不合理，原材料质量不达标，施工出现操作失误等。高墩大跨径连续钢构桥结构的抗震设计分析

4.1 重视高墩大跨径连续钢构桥的总体布置

地震时桥墩顶部位移较大，采用连续钢构结构有助于减少落梁。墩梁固结为整体，则多余的约束可形成塑性铰，从而提高桥梁的抗震能力。建设高墩桥时，受地理位置影响，易出现刚度和质量问题。合理调整相邻桥墩高度，对于连续梁桥，应尽可能保持其刚度相近，并根据桥墩刚度比与周期比进行严密计算，减少误差，增强高墩桥整体抗震能力。

4.2 选择合适桥墩

在地震中，桥墩形式影响桥梁结构，因而其设计与选型对于抗震安全性具有重要意义。地形与地貌均对桥墩设计产生影响，常见的桥墩形式有门架墩、双柱墩等，但抗弯与抗扭刚度较差，当桥墩超过30m时，易产生失稳现象。高墩大跨径连续钢构桥根据实际情况多采用空心薄壁墩（如图1、2所示）或者独柱T型墩，二者各个方向抗扭与抗弯刚度都较好，具有整体性好等优点。而独柱T型墩适用于高度低于60m时，其原理是将悬挑式盖梁与墩柱充分结合，其截面尺寸与刚度均较小。而心薄壁墩适用于高度低于80m时，外观与独柱T型墩相似，其截面尺寸与刚度均较大。高墩大跨径连续钢构桥的抗震计算

5.1 计算时所需考虑的因素

通常受地形、断层、桥身长度限制，应考虑多点激励的影响。同一地震，其在地表所呈现的反应不同，因而幅值、频谱特征各异，再加上空间变化复杂，因而需考虑多方面因素。

地震时，受到高墩自身质量或周期影响，可形成两个及其以上塑性铰，而忽略高阶振型会导致设计时出现误差，从而影响桥梁抗震时安全性，因而在设计时应将桥墩高阶振型的影响计算在内。

5.2 反应谱方法

在桥梁抗震分析中，反应谱方法较为常用，但其弊端在于地震时假设支座运动规律相同，没有考虑运动的不一致性。对于处于地形复杂的高墩桥而言，这种不合理的假设造成非线性问题出现较大误差。

5.3 随机震动法

该方法是公认的较为合理方法，其结合地震发生的概率，但是计算量较大，同样也会使非线性问题出现误差。随着科技的发展，随机震动虚拟激励法应运而生，不仅解决计算量的问题，同时确保计算的精度，具有效率高，使用方便等优势，在高墩桥梁设计中应用广泛，但在处理罕见地震时存在局限。高墩大跨径连续钢构桥抗震措施

6.1 重视桥墩台处档块设计

地震中抗震档块出现剪裂现象，表明其设计对于提高桥梁整体抗震能力具有重要作用。在设计过程中，应重视其余主梁刚度的比值、剪裂的程度，此外针对不同跨径与结构的桥梁，应根据实际需要设计不同尺寸的档块。

6.2 可对支座進行隔振处理

设计高墩桥梁时，可采用叠层、铅芯橡胶等隔震支座，在桥梁与桥墩的连接处增加柔性，从而降低对地震的反应。

综上所述，分析高墩大跨径连续钢构桥梁结构抗震设计，有助于完善桥梁总体设计，提高桥梁抗震能力，减少经济损失，并提高桥梁安全性。

参考文献

[1] 宗周红，夏坚，徐绰然.桥梁高墩抗震研究现状及展望[J].东南大学学报（自然科学版），2013（02）：445-452.[2] 王东升，岳茂光，李晓莉，等.高墩桥梁抗震时程分析输入地震波选择[J].土木工程学报，2013（S1）：208-213.[3] 何松涛.高墩大跨径桥梁在悬臂施工阶段刚构的非线性稳定分析[J].公路交通科技（应用技术版），2013（12）：174-177.[4] 卢皓，李建中.强震作用下高墩桥梁抗震性能特点分析[J].地震工程学报，2013（04）：858-865.[5] 许庆鹏，丁修玺.浅谈高墩桥梁抗震设计[J].科技创新导报，2012（08）：119.[6] 陈明华.山区高墩桥梁抗震设计探析[J].技术与市场，2016（05）：217.

第三篇：高墩大跨径连续钢构桥梁结构抗震设计的论文

摘要：随着我国交通事业的发展，高墩大跨径连续钢构桥梁在交通道路建设中运用的越来越多，尤其是我国西南、西北地区，盘山公路等已经不能满足经济发展需要。但由于地形较为复杂，在道路建设中多采用桥梁，再加上山区为地震多发地带，因而对桥梁设计要求极为严格。高墩大跨径连续钢构桥梁结构的设计具有良好抗震能力，分析其抗震设计，对于其完善与发展具有重要意义。

关键词：高墩；大跨径：连续钢构梁；抗震设计

1高墩大跨径连续钢构桥简介

钢构桥结构较为特殊，是将墩台与主梁整体固结。其承担竖向荷载时，主梁通过产生负弯矩减少跨中正弯矩。桥墩作为钢构桥的主体部分，主要承担水平推力、压力以及弯矩三种力。墩梁固结形式较为特殊，可通过节省抗震支座减少桥墩厚度，借助悬臂施工从而省去体系转换，减少了施工工序。该结构可保持连续梁无伸缩缝，使行车平顺。此外还具有无需设置支座和体系转换功能，桥梁结构在顺桥向和横桥向分别具有抗弯和抗扭刚度，为施工提供具有便利。高墩大跨径连续钢构桥形式优缺点并存，其缺点在于受混凝土收缩、墩台沉陷等因素影响，结构中可产生附加内力。作为高柔性墩，可允许其上部存在横向变位。其优点在于弱化墩台沉降所产生的内力，并减轻其对结构的影响。

其突出受力结构表现为桥墩与桥梁固结为整体，通过共同承受荷载进而较少负弯矩；该桥梁结构受力合理，抗震与抗扭能力强，具有整体性好，桥型流畅等优点。作为高柔性桥墩，可允许桥墩纵横向存在合理变位。

2桥梁震害的具体表现

2.1支座

在地震中支座损坏极为常见，支座遭到破坏后能够改变力的传递，进而影响桥梁其它结构的抗震能力，其主要破坏形式有移位、剪断以及支座脱落等。

2.2上部结构

上部结构遭受震害主要是移位，即纵向、横向发生移位。移位部位通常位于伸缩缝处，具体表现为梁间开脱、落梁、顶撞等。有资料显示，顺桥向落梁在总数中所占比例高达90%，由于这种落梁方式会撞击到桥墩侧壁，对下部结构造成巨大冲击力，因而破坏力极大。

2.3下部结构

桥梁的下部包含基础、桥墩以及桥台，其遭受破坏后可导致桥梁坍塌，且震后修复难度大，基本不能再投入使用。受水平力影响，薄弱的截面经过反复震动后受到严重破坏。延性破坏多指长细的柔性墩，表现为混凝土开裂、塑性变形，其产生原因为焊接不牢、部件配设不足等。脆性破坏多指粗矮桥墩，表现为钢筋切断，究其原因为墩柱剪切强度不足。桥台多表现为滑移、颠覆。基础的破坏表现为不均匀沉陷、桩基剪切等，其破坏具有隐蔽性，修复难度极大。

3桥梁震害原因

造成桥梁震害原因较多，主要有地震强度过大，超出桥梁的抗震设防标准；桥梁所处的地理位置不佳，致使地基变形；此外认为原因也可导致桥梁抗震能力不足，例如设计不合理，原材料质量不达标，施工出现操作失误等。

4高墩大跨径连续钢构桥结构的抗震设计分析

4.1重视高墩大跨径连续钢构桥的总体布置

地震时桥墩顶部位移较大，采用连续钢构结构有助于减少落梁。墩梁固结为整体，则多余的约束可形成塑性铰，从而提高桥梁的抗震能力。建设高墩桥时，受地理位置影响，易出现刚度和质量问题。合理调整相邻桥墩高度，对于连续梁桥，应尽可能保持其刚度相近，并根据桥墩刚度比与周期比进行严密计算，减少误差，增强高墩桥整体抗震能力。

4.2选择合适桥墩

在地震中，桥墩形式影响桥梁结构，因而其设计与选型对于抗震安全性具有重要意义。地形与地貌均对桥墩设计产生影响，常见的桥墩形式有门架墩、双柱墩等，但抗弯与抗扭刚度较差，当桥墩超过30m时，易产生失稳现象。高墩大跨径连续钢构桥根据实际情况多采用空心薄壁墩（如图1、2所示）或者独柱T型墩，二者各个方向抗扭与抗弯刚度都较好，具有整体性好等优点。而独柱T型墩适用于高度低于60m时，其原理是将悬挑式盖梁与墩柱充分结合，其截面尺寸与刚度均较小。而心薄壁墩适用于高度低于80m时，外观与独柱T型墩相似，其截面尺寸与刚度均较大。

5高墩大跨径连续钢构桥的抗震计算

5.1计算时所需考虑的因素

通常受地形、断层、桥身长度限制，应考虑多点激励的影响。同一地震，其在地表所呈现的反应不同，因而幅值、频谱特征各异，再加上空间变化复杂，因而需考虑多方面因素。

地震时，受到高墩自身质量或周期影响，可形成两个及其以上塑性铰，而忽略高阶振型会导致设计时出现误差，从而影响桥梁抗震时安全性，因而在设计时应将桥墩高阶振型的影响计算在内。

5.2反应谱方法

在桥梁抗震分析中，反应谱方法较为常用，但其弊端在于地震时假设支座运动规律相同，没有考虑运动的不一致性。对于处于地形复杂的高墩桥而言，这种不合理的假设造成非线性问题出现较大误差。

5.3随机震动法

该方法是公认的较为合理方法，其结合地震发生的概率，但是计算量较大，同样也会使非线性问题出现误差。随着科技的发展，随机震动虚拟激励法应运而生，不仅解决计算量的问题，同时确保计算的精度，具有效率高，使用方便等优势，在高墩桥梁设计中应用广泛，但在处理罕见地震时存在局限。

6高墩大跨径连续钢构桥抗震措施

6.1重视桥墩台处档块设计

地震中抗震档块出现剪裂现象，表明其设计对于提高桥梁整体抗震能力具有重要作用。在设计过程中，应重视其余主梁刚度的比值、剪裂的程度，此外针对不同跨径与结构的桥梁，应根据实际需要设计不同尺寸的档块。

6.2可对支座進行隔振处理

设计高墩桥梁时，可采用叠层、铅芯橡胶等隔震支座，在桥梁与桥墩的连接处增加柔性，从而降低对地震的反应。

综上所述，分析高墩大跨径连续钢构桥梁结构抗震设计，有助于完善桥梁总体设计，提高桥梁抗震能力，减少经济损失，并提高桥梁安全性。

参考文献

[1]宗周红，夏坚，徐绰然.桥梁高墩抗震研究现状及展望[J].东南大学学报（自然科学版），2013（02）：445-452.[2]王东升，岳茂光，李晓莉，等.高墩桥梁抗震时程分析输入地震波选择[J].土木工程学报，2013（S1）：208-213.[3]何松涛.高墩大跨径桥梁在悬臂施工阶段刚构的非线性稳定分析[J].公路交通科技（应用技术版），2013（12）：174-177.[4]卢皓，李建中.强震作用下高墩桥梁抗震性能特点分析[J].地震工程学报，2013（04）：858-865.[5]许庆鹏，丁修玺.浅谈高墩桥梁抗震设计[J].科技创新导报，2012（08）：119.[6]陈明华.山区高墩桥梁抗震设计探析[J].技术与市场，2016（05）：217.