科研项目
高烈度地震区特高桥设计的研究
来源:    日期:2016/10/27 9:38:56    点击:

                 

【项目简介】

国内外现有的桥梁工程抗震设计规范只适用于中等跨径的普通桥梁,大跨径高墩桥梁的抗震设计方法一直没有标准规范可循。随着大跨径高墩桥梁的不断涌现,此问题亟待解决。本课题的主要研究内容分为以下三方面:

1、高烈度地震区特高桥地震反应动力特性的研究。通过对山西省境内的十一座高墩桥梁进行平面、空间结构分析,结合普通桥梁地震反应的一般动力特性及其影响因素,总结出高烈度地震区特高桥地震反应的动力特性。

2、高烈度地震区特高桥抗震的实用设计方法。首先,提出采用“概念设计”理念,由于地震动的不确定性和复杂性,强调抗震设计除了“数值设计”,“概念设计”也同样不可缺少。其次,具体设计中对建模细节、反应谱具体参数的取法等都做了详细介绍。最后,提出抗震设计中应遵循能力保护原则,采用两水平设防、两阶段设计的桥梁延性抗震设计,对于桥梁正常使用极限状态抗震验算和可修破坏极限状态抗弯验算的具体步骤做了详细介绍。

3、高烈度地震区特高桥抗震构造措施的研究。为保证桥梁延性抗震性能的实现,需对桥梁采取必要的抗震构造措施。本课题对具体抗震构造措施及减、隔震设计都做了详细介绍。

【技术创新】

以现有的十一座高墩桥梁为依托,采用数值计算、模型试验等方法和手段,对高烈度地震区特高桥在地震灾害发生时的力学和变形以及破坏机理进行深入研究,将抗震设计的各个关键步骤进行系统整合,提出大跨径、特高桥梁抗震设计的从建模分析计算到抗震构造措施、从理论设计到实施步骤的一整套实用设计方法。具体有以下创新点:

1、研究了高烈度地震区高墩桥梁的地震反应特性及桥墩的几何因素、构造因素、材料因素对抗震特性的影响,总结出了较为实用的分析设计方法。具体设计中有几点需注意:首先,对于建模,提出要对高墩桥梁进行空间地震反应分析。上部结构的刚度模拟不必太精细,在许多情况下甚至可以假设为刚体,但上部结构的质量必须尽可能精确模拟。桥梁墩柱一般梁单元模拟,但单元的划分要得当。在地震反应中,为考虑桥梁钢筋混凝土桥墩的带裂缝工作状态,往往需要采用开裂截面惯性矩代替毛截面惯性矩。对于大跨度、高桥墩桥梁,应考虑桩-土-结构相互作用。其次,对于反应谱法具体参数的取法,建议根据08规范取值。对于隔震桥梁的弹性反应谱分析,一般建议采用全桥模型,不能沿用过去规范中所采用的简化单墩模型。建议高墩桥梁的地震反应分析采用动态时程分析法,分析中应考虑地震波的相位差效应,应对多个样本的分析结果进行统计,得到最终结果。再次,以抗震概念设计和能力保护设计为指导思想,采用两水平设防、两阶段设计的桥梁延性抗震设计。最后,指出减、隔震技术是简便、经济、先进的工程抗震手段,并介绍减隔震设计的步骤。

2、提出了高桥墩弹塑性抗震分析方法和高烈度地震区高墩桥梁构造措施。为保证桥梁延性抗震性能的实现,需对桥梁采取必要的抗震构造措施,同时,采用弹塑性抗震分析方法,使项目安全性和经济性的结合更趋合理。

此研究成果的应用,使桥梁的整体抗震性能有了很大提高,工程造价也有明显降低。此成果对省外类似工程也有重要的理论指导意义和工程实用价值。本课题研究成果为我省高墩桥抗震分析及设计提供了科学依据,为我省既有高墩桥梁的抗震性能评估提供了分析方法。依托项目研究,发表学术论文6篇,研究成果对类似工程实践有很好的理论指导意义和推广应用价值。

本项目于2009年1月18日通过鉴定;获2009年度中国公路学会科学技术二等奖;获2011年度山西省科技进步二等奖。

【推广应用】

本课题研究成果已在青银国道主干线汾阳至离石段高速公路、长治至晋城高速公路、太原至长治段高速公路、青兰国道主干线离石至军渡段高速公路、汾阳至邢台高速公路平遥至榆社段、汾阳至邢台高速公路平遥至榆社段、高平至新乡高速公路高平至陵川段及青兰国道主干线临汾至吉县段高速公路等线路中的数十座桥梁设计中得到充分应用。下图为本课题研究成果在临汾至吉县段高速公路壶口黄河大桥中的应用。