畢業(yè)論文--橋梁工程抗震設(shè)計(jì)相關(guān)問題探討

1、<p>　　本科生(業(yè)余)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</p><p>　　題 目 橋梁工程抗震設(shè)計(jì)相關(guān)問題探討</p><p>　　辦學(xué)學(xué)院 </p><p>　　校外學(xué)習(xí)中心 </p><p>　　專 業(yè) 土木工程 </p>

2、;<p>　　年 級(jí) </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　2013年 8月 1日</p

3、><p>　　橋梁工程抗震設(shè)計(jì)相關(guān)問題探討</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　目前橋梁工程抗震的研究問題是當(dāng)今熱點(diǎn)問題，本文在分析橋梁結(jié)構(gòu)地震破壞的主要形式基礎(chǔ)上，闡述了橋梁抗震設(shè)計(jì)原則，最后對(duì)于橋梁抗震設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析，重點(diǎn)探討了橋梁抗震概念設(shè)計(jì)、橋梁延性抗震設(shè)計(jì)、地震響應(yīng)分析及設(shè)計(jì)方法的改變以及多階段設(shè)計(jì)方法

4、等內(nèi)容。</p><p>　　關(guān)鍵詞：橋梁工程 抗震破壞 抗震設(shè)計(jì)</p><p>　　Bridge engineering aseismic design related issues discussed in this paper </p><p><b>　　Abstracts</b></p><p>　　Cu

5、rrent bridge engineering seismic research question is the hot issue, based on the analysis of bridge structures based on the main form of earthquake damage, this paper expounds the principle of bridge seismic design, fin

6、ally for bridge seismic design method is analyzed, discussed the bridge seismic concept design, seismic design and retrofit of Bridges, seismic response analysis and the change of the design method and design methods of

7、multi-stage content.……</p><p>　　Keywords: seismic design of bridge engineering seismic damage </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 橋梁結(jié)構(gòu)地震破壞的主要形式……………………1</p><p&

8、gt;　　1.1彎曲破壞…………………………………………………………1</p><p>　　1.2剪切破壞…………………………………………………………1</p><p>　　1.3落梁破壞…………………………………………………………2</p><p>　　1.4支座損傷…………………………………………………………2</p><p>　　第二章

9、 橋梁抗震設(shè)計(jì)原則…………………………………2</p><p>　　2.1場(chǎng)地選擇…………………………………………………………2</p><p>　　2.2體系的整體性和規(guī)則性…………………………………………2</p><p>　　2.3提高結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的強(qiáng)度和延性…………………………………3</p><p>　　2.4能力設(shè)計(jì)原則………………

10、……………………………………3</p><p>　　2.5多道抗震防線……………………………………………………3</p><p>　　第三章 橋梁抗震設(shè)計(jì)方法相關(guān)問題………………………3</p><p>　　3.1橋梁抗震概念設(shè)計(jì)………………………………………………4</p><p>　　3.2橋梁延性抗震設(shè)計(jì)…………………………………………

11、……4</p><p>　　3.3地震響應(yīng)分析及設(shè)計(jì)方法………………………………………4</p><p>　　3.4多階段設(shè)計(jì)方法…………………………………………………5參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………6</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　橋梁工程又是交通網(wǎng)絡(luò)中的重中

12、之重，橋梁工程抗震研究的重要性不言而喻?？拐鸶拍钤O(shè)計(jì)是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，正確地解決結(jié)構(gòu)總體方案、材料使用和細(xì)部構(gòu)造，以達(dá)到合理抗震設(shè)計(jì)的目的。合理的抗震設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)出來的結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、剛度和延性等指標(biāo)上有最佳的組合，使結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)防的目標(biāo)。本文主要探討了橋梁工程抗震設(shè)計(jì)相關(guān)問題，為今后橋梁設(shè)計(jì)起到借鑒作用。</p><p>　　第一章 橋梁結(jié)構(gòu)地震破壞的主要

13、形式</p><p>　　橋梁結(jié)構(gòu)地震破壞的主要形式根據(jù)橋梁過去的地震破壞情況，除了如液化、斷層等凼地基失效引起的破壞以外，混凝上橋梁最常見的破壞形式有以下四種[1]：</p><p>　　1.1彎曲破壞。結(jié)構(gòu)在水平地震荷載作用下由于過大的變形導(dǎo)致混凝土保護(hù)層脫落、鋼筋壓屈和內(nèi)部混凝土壓碎、崩裂，結(jié)構(gòu)失去承載能力。整個(gè)過程可以用以下四個(gè)階段來描述：①當(dāng)彎矩達(dá)到開裂強(qiáng)度時(shí)，截面出現(xiàn)水平彎曲裂

14、縫；②隨著裂縫的發(fā)展和荷載強(qiáng)度的提高，受拉側(cè)的縱筋達(dá)到屈服強(qiáng)度；③隨著變形量的增大，混凝土保護(hù)層脫落、塑性鉸范圍擴(kuò)大；④鋼筋壓屈(或拉斷)和內(nèi)部混凝土壓碎、崩裂。</p><p>　　1.2剪切破壞(彎剪破壞)。在水平地震倚戟作用下，當(dāng)結(jié)構(gòu)受到的剪切力超過截而剪切強(qiáng)度時(shí)發(fā)生剪切破壞，整個(gè)破壞過程可以用以下四個(gè)階段來描述：①截血彎矩達(dá)到開裂強(qiáng)度時(shí)，截面出現(xiàn)水平彎曲裂縫；②隨著裂縫的發(fā)展和荷載強(qiáng)度的提高，柱內(nèi)出現(xiàn)斜方

15、向的剪切裂縫；③局部剪切裂縫增大，箍筋屈服導(dǎo)致剪切裂縫進(jìn)一步增長；④發(fā)生脆性的剪切破壞。</p><p>　　1.3落梁破壞。當(dāng)梁體的水平位移超過梁端支撐長度時(shí)發(fā)生落梁破壞。落梁破壞是由于梁與橋墩(臺(tái))的相對(duì)位移過大，支座喪失約束能力后引起的一種破壞形式。發(fā)生在橋墩之間地震相對(duì)位移過大、梁的支撐長度不夠、支座破壞、梁間地震碰撞等情況。</p><p>　　1.4支座損傷。上部結(jié)構(gòu)的地震慣性

16、力通過支座傳到下部結(jié)構(gòu)，當(dāng)傳遞荷載超過支座設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)支座發(fā)生損傷、破壞。支座損傷也是引起落梁破壞的主要原因。對(duì)于下部結(jié)構(gòu)而言，支座損傷可以避免上部結(jié)構(gòu)的地震荷載傳到橋墩，避免橋梁發(fā)生破壞。</p><p>　　第二章 橋梁抗震設(shè)計(jì)原則</p><p>　　合理的抗震設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)出來的結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、剛度和延性等指標(biāo)上有最佳的組合，使結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)防的目標(biāo)。要達(dá)到這個(gè)要求，就需要設(shè)

17、計(jì)工程師深入了解對(duì)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)有重要影響的基本因素，并具有豐富的經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)造力，而不僅僅是按規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行[2]。以下為抗震設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能遵循的一些基本原則，這些原則基于歷次的橋梁震害教訓(xùn)和當(dāng)前公認(rèn)的理論認(rèn)識(shí)。</p><p>　　2.1場(chǎng)地選擇。除了根據(jù)地震危險(xiǎn)性分析盡可能選擇比較安全的廠址之外，還要考慮一個(gè)地區(qū)內(nèi)的場(chǎng)地選擇。選擇的原則是：避免地震時(shí)可能發(fā)生地基失效的松軟場(chǎng)地，選擇堅(jiān)硬場(chǎng)地。</p>

18、<p>　　2.2體系的整體性和規(guī)則性。橋梁的整體性要好，上部結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能是連續(xù)的。較好的整體性可防止結(jié)構(gòu)構(gòu)件及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震時(shí)被震散掉落，同時(shí)它也是結(jié)構(gòu)發(fā)揮空間作用的基本條件。無論是在平面還是在立面上，結(jié)構(gòu)的布置都要力求使幾何尺寸、質(zhì)量和剛度均勻、對(duì)稱、規(guī)整，避免突然變化。</p><p>　　2.3提高結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的強(qiáng)度和延性。橋梁結(jié)構(gòu)的地震破壞源于地震動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，因此抗震設(shè)計(jì)要力圖使從地基傳

19、入結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量為最小，并使結(jié)構(gòu)具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、剛度和延性，以防止不能容忍的破壞。在不增加重量、不改變剛度的前提下，提高總體強(qiáng)度和延性是兩個(gè)有效的抗震途徑。剛度的選擇有助于控制結(jié)構(gòu)變形；強(qiáng)度與延性則是決定結(jié)構(gòu)抗震能力的兩個(gè)重要參數(shù)。由于地震動(dòng)可造成結(jié)構(gòu)和構(gòu)件周期反復(fù)變形，使其剛度與強(qiáng)度逐漸退化，因此，只重視強(qiáng)度而忽視延性絕對(duì)不是良好的抗震設(shè)計(jì)。</p><p>　　2.4能力設(shè)計(jì)原則。能力設(shè)計(jì)思想強(qiáng)調(diào)強(qiáng)度安全度差

20、異，即在不同構(gòu)件(延性構(gòu)件和能力保護(hù)構(gòu)件-不適宜發(fā)生非彈性變形的構(gòu)件統(tǒng)稱為能力保護(hù)構(gòu)件)和不同破壞模式(延性破壞和脆性破壞模式)之間確立不同的強(qiáng)度安全度。通過強(qiáng)度安全度差異，確保結(jié)構(gòu)在大地震下以延性形式反應(yīng)，不發(fā)生脆性的破壞模式。在我國以前的建筑抗震設(shè)計(jì)中，普遍采用“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)思想。</p><p>　　2.5多道抗震防線。應(yīng)盡量使橋梁成為具有多道抵抗地震側(cè)向力的體系，則在強(qiáng)地震動(dòng)過

21、程中，一道防線破壞后尚有第二道防線可以支撐結(jié)構(gòu)，避免倒塌。因此，超靜定結(jié)構(gòu)優(yōu)于同種類型的靜定結(jié)構(gòu)。但相對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)，橋梁在這方面可利用的余地通常并不大。</p><p>　　第三章 橋梁抗震設(shè)計(jì)方法相關(guān)問題</p><p>　　3.1橋梁抗震概念設(shè)計(jì)</p><p>　　抗震概念設(shè)計(jì)是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，正確地解決結(jié)構(gòu)總體方案、

22、材料使用和細(xì)部構(gòu)造，以達(dá)到合理抗震設(shè)計(jì)的目的。合理抗震設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)出來的結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)度、剛度和延性等指標(biāo)上有最佳的組合，使結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)防的目標(biāo)。應(yīng)當(dāng)指出，強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計(jì)重要，并非不重視數(shù)值計(jì)算，而是為了給抗震計(jì)算創(chuàng)造出有利條件，使計(jì)算分析結(jié)果更能反映地震時(shí)結(jié)構(gòu)反應(yīng)的實(shí)際情況。橋梁抗震概念設(shè)計(jì)階段的主要任務(wù)是選擇良好的抗震結(jié)構(gòu)體系，主要根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的一般要求進(jìn)行。對(duì)于采用延性抗震概念設(shè)計(jì)的橋梁，還包括延性類型選擇和塑性耗

23、能機(jī)制選擇。</p><p>　　3.2橋梁延性抗震設(shè)計(jì)</p><p>　　目前延性抗震驗(yàn)算所采用的破壞準(zhǔn)則主要有：強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則、變形破壞準(zhǔn)則、能量破壞準(zhǔn)則、基于低周疲勞特征的破壞準(zhǔn)則以及用最大變形和滯回耗能來表達(dá)的雙重指標(biāo)破壞準(zhǔn)則等。Housner在對(duì)懸臂式單質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)的非線性地震反應(yīng)進(jìn)行分析后，將其破壞機(jī)理總結(jié)為：在形成完全的塑性反應(yīng)之前，出現(xiàn)某種程度的塑性應(yīng)變，由此而消耗的能量自然的

24、構(gòu)成結(jié)構(gòu)等效粘滯阻尼的一部分；當(dāng)完全進(jìn)入塑性變形后，產(chǎn)生塑性漂移，并在單方向發(fā)展直到倒塌發(fā)生。他認(rèn)為塑性反應(yīng)階段，保證結(jié)構(gòu)不破壞的條件是讓其保有足夠的耗能能力。</p><p>　　3.3地震響應(yīng)分析及設(shè)計(jì)方法的改變隨著人們對(duì)地震動(dòng)和結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性理解的加深，目前已經(jīng)發(fā)展了多種抗震設(shè)計(jì)理論和地震響應(yīng)的分析設(shè)計(jì)方法。從地震動(dòng)的振幅、頻譜和持時(shí)三要素來看，抗震設(shè)計(jì)的靜力理論只考慮了高頻振動(dòng)振幅的最大值；反應(yīng)譜理論雖考慮

25、了振幅和頻譜，但持時(shí)則始終未能得到明確的反映；動(dòng)力理論不但考慮了地震動(dòng)的持時(shí)，而且還考慮了地震動(dòng)中反應(yīng)譜不能概括的其他特性。</p><p>　　從組成結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論的四個(gè)方面內(nèi)容(輸入地震動(dòng)、結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的動(dòng)力模型，一實(shí)用的地震反應(yīng)分析方法，以及設(shè)計(jì)原則)來看，靜力理論對(duì)四個(gè)方面都做了極大的簡(jiǎn)化，反應(yīng)譜理論也做了較大的簡(jiǎn)化，而動(dòng)力理論則有比較全面的考慮：動(dòng)力理論的輸入地震動(dòng)要求給出符合場(chǎng)地情況的、具有概率含義的

26、加速度時(shí)間函數(shù)，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)要求給出三個(gè)分量及其空間相關(guān)性；結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的動(dòng)力模型更為接近實(shí)際，包括了非線性特性；地震反應(yīng)分析方法考慮了結(jié)構(gòu)反應(yīng)的全過程，包括變形和能量損耗的積累；設(shè)計(jì)原則考慮到多種使用狀態(tài)和安全的概率保證。</p><p>　　3.4多階段設(shè)計(jì)方法</p><p>　　隨著對(duì)地震產(chǎn)生機(jī)理、地震動(dòng)特性以及地震作用下各類結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性、破壞機(jī)理、構(gòu)件能力研究認(rèn)識(shí)的加深以及對(duì)結(jié)構(gòu)在

27、不同發(fā)生概率地震作用下預(yù)期性能目標(biāo)的不同，促使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)原則、設(shè)防水準(zhǔn)等各個(gè)方面進(jìn)行不斷改進(jìn)。由原來的單一設(shè)防水準(zhǔn)一階段設(shè)計(jì)逐漸改進(jìn)為雙水準(zhǔn)或三水準(zhǔn)兩階段設(shè)計(jì)、三階段設(shè)計(jì)，以及多水準(zhǔn)設(shè)防、多性能目標(biāo)準(zhǔn)則的基于結(jié)構(gòu)性能的設(shè)計(jì)等。但目前關(guān)于基于性能設(shè)計(jì)的含義及設(shè)計(jì)方法的具體應(yīng)用還存在許多分歧和難點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)基于性能的抗震設(shè)計(jì)過程，目前仍需要在以下一些方面進(jìn)行大量的研究：①不同場(chǎng)地、不同超越概率設(shè)計(jì)地震的確定；②性能目標(biāo)—性能水平的定量描述

28、，大多數(shù)情況下，性能目標(biāo)的描述是借助于一些定性的術(shù)語給出的，如“倒塌”、“生命安全”、“維持一定的使用功能”、“完全保持正常使用功能”等，但用于工程設(shè)計(jì)時(shí)，工程人員需要的是可用于設(shè)計(jì)的由工程術(shù)語明確表達(dá)的性能指標(biāo)，如強(qiáng)度、變形、延性等，而這兩者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，目前還沒有得到很好的解決，仍需進(jìn)行大量的研究；③在設(shè)計(jì)和性能校核過程中，涉及需求計(jì)算與能力計(jì)算的各個(gè)方面，目前仍有許多方面值得研究，如不同設(shè)計(jì)階段所適宜采用的分析方法和與之相協(xié)調(diào)的