【2017年整理】桥梁的延性抗震设计理念.doc

桥梁的抗震设计 人类要遭受地震、干旱、洪涝、台风、冰雹、暴雪、沙尘暴汶川县映秀镇和北川县县城为两个中心呈长条状青川县西南端至四川省宝兴县与芦山县，东北端达到陕西省略阳县和宁强县地震救援的黄金时间是发生地震后的72个小时之内材料抵抗外力不断裂的能力叫强度，强度越高抗力越大；材料在外力作用下到断裂的过程中会发生变形，先发生弹性变形后发生塑性变形，弹性变形就是去掉外力后，还能恢复到原来形态，塑性变形就是去掉外力后，不能恢复到原来状态塑性变形阶段消耗的能就是塑性。塑性好，延展性也好，表达的是一个意思，表示材料塑性变形能力的，但是单位不同。材料从抵抗外力到断裂过程中消耗掉的能（或叫做功）就是韧性，包括了弹性变形阶段和塑性变形阶段的共同消耗的能，韧性越好从外力作用到断裂过程消耗的能量越多。从力-位移曲线上说，纵坐标和横坐标都大的情况下，韧性最好，纵坐标要想增大就是要强度高，横坐标增大就是塑性好，因此，可以说如果一个材料的强度和塑性都好，那么它的韧性肯定非常好。从材料微结构上来讲，同时增加材料的强度和塑性是一个矛盾体，要想提高强度，希望原子间的结合力越大越好，但是要想增加塑性反而不希望原子力太大，因此，如何同时提高材料的强度和韧性是材料始终面临的最大挑战。按截面实配钢筋，采用材料强度标准值轴力计算顺桥抗弯承载力），一般来说钢筋配置的越少，那就越容易屈服，但也不能少到一定程度（像人类社会一样也是要受到约束的），起码保证配置的钢筋要满足正常使用状态下及E1或者多遇地震的要求，同时要保证延性设计中“能力大于需求”。总的来说，屈服弯矩越小，地震需求越大。公路及城市规范中通过转角或者位移控制E2需求小于能力，铁路规范中可以转化为求相应弯矩使非线性位移延性比小于4.8，铁路中位移延性比控制相对来说还是严格一些，毕竟铁路修复较公路修复困难。 那为何不将能力保护构件设计成足够强到可以抵抗旱遇或者E2地震，也可以，但造价大幅度提升，为了抵抗2450年一遇的旱遇地震，将所有设计基准期100年的桥梁统一设计成旱遇地震下硬抗的结构，恐怕业主也是不开心的。必须要指出的是，延性抗震在经济上的优势是以一定程度的损坏为代价，这也是一个缺陷。也许那些超大跨径或在国民经济军事战略中发挥着关键作用的桥梁会采用弹性抗震设计。 钢筋混凝土构件中两个重要的关系图 1、以受弯构件来说明钢筋混凝土破坏弯矩挠度图 阶段1：荷载较小，混凝土没有开裂，弯矩与挠度基本直线关系 阶段2：达到Mcr时，出线第一条裂缝，裂缝出线梁的挠度与截面曲率都突然增大，受拉区主要由钢筋承受，之后裂缝越来越宽，当钢筋应力屈服后，标明进入第二阶段末，此阶段混凝土已有塑性变形，但不充分。 阶段3：钢筋屈服后，保持为常值，中性轴进一步上移，受压区减小 ，弯矩增大到Mu时，边缘混凝土达到极限压应变时，截面开始破坏。 超筋梁与少筋梁均属于脆性破坏，超筋梁受压区高度很高，钢筋没达到屈服时受压区混凝土没有征兆下压溃破坏；少筋梁钢筋过少，混凝土一裂就坏的。适筋梁破坏时钢筋先屈服，钢筋经历较大塑性变形后混凝土再压溃破坏，属于有征兆的延性破坏。桥墩作为压弯构件，为了增大延性，保证强剪弱弯的抗震思想，通常将桥墩配筋成大偏心受力构件，并在塑性铰区域配足箍筋。 2、混凝土截面破坏M－曲线图 曲率延性系数与位移延性系数 M－曲线图是公路抗震设计规范中必须运用到的基本数据，个人建议采用ucfyber软件，结果还算可靠，再次强调一点，对于刚构桥梁纵向地震或者是带盖梁的桩柱式横向地震时，必须通过迭代先计算地震动轴力，因为桥墩为压弯构件，M－曲线是在确定的轴力下的结果。 桥梁结构的自振频率与周期 结构的固有周期这块是桥梁抗震的基础，本身桥梁抗震属于一门动力学，可以通过反应谱法的动力放大系数理解结构周期与场地周期的关系曲线，从初步概念上仍然可以将地震作为一个力来理解，虽然地震它并不是一个力。 至此，桥梁抗震大体介绍到此，还有很多需要值得注意的地方，待日后再做介绍。 最后再欣赏一座美桥――旧金山奥克兰海湾桥