抗震设计在钢结构桥梁中的应用探索

发表时间:2021/7/23   来源:《建筑科技》2021年7月下   作者:张健
[导读] 在道路工程的建设过程中,桥梁工程建设是非常重要的一环。桥梁工程的建设质量,直接影响着人们的出行安全。由于桥梁工程的施工环境较为复杂,并且需要桥梁工程具有足够的承载力和稳定性,因此对于桥梁工程的钢结构设计提出了更高的要求。

上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司天津分公司   张健    300381

摘要:在道路工程的建设过程中,桥梁工程建设是非常重要的一环。桥梁工程的建设质量,直接影响着人们的出行安全。由于桥梁工程的施工环境较为复杂,并且需要桥梁工程具有足够的承载力和稳定性,因此对于桥梁工程的钢结构设计提出了更高的要求。这就要求在对桥梁钢结构进行设计时,格外注重桥梁钢结构的抗震性能,因为地震对于桥梁钢结构的破坏力是非常大的,一旦桥梁钢结构的抗震性能达不到相应的建设要求,一旦有地震发生,将会导致桥梁工程坍塌,严重时将会造成大量的人员伤亡。钢结构抗震设计应贯穿于桥梁设计的每一个环节,从细节出发来提升桥梁整体抗震能力,这样才能提升桥梁后续应用的安全性和稳定性。
关键词:抗震设计;钢结构桥梁;应用
        引言
        随着我国经济发展速度的不断加快,钢结构在桥梁设计中广泛应用,桥梁设计的稳定性得到了大幅提升。为了避免地震对桥梁造成影响,需增加抗震设计,钢结构则符合抗震设计的需求,具有较高抗震性能,且在生产技术能力持续提升的今天,钢结构施工技术已经得到了显著完善。
        1钢结构设计中容易出现破损的部位
        地震对桥梁结构的影响是巨大的,会直接导致桥梁结构破坏,进而影响桥梁安全和质量。为了更好的做好桥梁钢结构的抗震设计与设防工作,就必须对桥梁钢结构的震害类型及原因有所了解。钢结构属于工程结构中的重要组成部分,是通过多种方式将钢板进行连接的结构,连接方式包括螺栓连接、焊接等。钢结构的节点相对于桥梁工程整体属于较为薄弱的环节,在地震出现时也更容易出现破损的现象,在实际的桥梁建设过程中需加强节点位置的检查,采取适当的措施进行控制,强化抗震设计效果。节点会在剧烈摇晃中出现裂缝,当桥梁受到再次冲击时,就会导致桥梁出现如断裂等类型的严重损伤。构件损坏也是常见的现象,较为常见的包括支撑构件、钢柱断裂、结构倒塌三种现象,每一种现象出现的原因均存在一定差异,在实际的桥梁建设过程中需根据问题的出现原因采取相应处理措施,完善工程支撑体系,提升抗震效果。地震发生后,由于桥梁地基周围土质发生液化,所以也会导致桥梁发生位移,在位移影响下,很容易导致桥梁出现落梁的表现。除此之外,桥墩剪切破坏、支座破坏、桥墩弯曲破坏都是桥梁震害的常见表现形式。对此,为了最大程度降低桥梁震害的影响,就必须做好桥梁钢结构的抗震设计及设防措施。
        2抗震设计在钢结构桥梁中的应用
        钢结构具有整体强度好、抗震性能优越以及延展性好的优势,并且在施工中也不会对现场环境造成污染,具有节能环保的效果。在抗震设计前需对桥梁的抗震性能进行分析。如图1所示即为桥梁抗震性能计算模型。

       


               图1桥梁抗震性能计算模型
        2.1梁柱刚性连接抗震设计
        美国和日本在20世纪末均发生过地震,导致较多钢结构出现断裂状况,使得桥梁的使用受到了影响,给国家造成了较为严重的经济损失。基于这一问题,有关领域开始对钢结构进行了改进,提升构件的延展性,防止节点连接位置因延展性不佳而出现脆性破坏的问题。当前在梁柱刚性连接中最为常用的一种形式是栓焊混合连接形式,构造较为简单,并且施工便捷,但是因其容易出现断裂的问题,需实施补焊处理。补焊位置在梁腹板以及抗剪板之间,能够提升节点部位的塑性转动能力。现场焊接会受到多种因素的影响,因此必要时可以选择拼接的连接方式,可以降低连接问题的发生几率。
        2.2选择有利于抗震设计的场地
        桥梁工程施工场地会影响到桥梁的抗震能力以及钢结构在地震时的反应,而反应的程度取决于震害,这就需在进行桥梁建设时选择土质更加坚硬的场地,如果选择的场地属于软土地基,则要做好地基处理工作。以软土地基为例,该种类型属于一种特殊的地基类型,根据软土地基含水率大、压缩性较高以及承重能力弱的特点同时也被称为淤泥质土。挤密压实法能够有效增加软土地基的硬度,使公路桥梁工程的建设得到有效保障。
        2.3对结构总体布置进行优化
        在进行建筑形状设计的过程中需保证其具有规则性,这是因为形状简单能够具有更加明确的受力性,即使出现地震之后也能够减轻破坏的程度。因此在进行抗震设计时需根据桥梁功能对桥梁的设计进行简化,在保证结构对称的情况下来减小桥梁的质量中心和刚度中心存在的偏差问题。强度连续变化和刚度连续变化均可以起到良好的抗震效果,因此对桥梁设计时应分析强度和刚度的变化状态。在桥梁设计和建设时要保证刚度和承载力在同一平面内处于均匀的状态,在竖向结构上应处于连续、均匀的状态。
        3桥梁钢结构抗震设计设防措施
        为了提高桥梁钢结构的抗震性能,必须做好桥梁钢结构的抗震设防工作。首先,在桥梁场地的选择方面,就需要根据抗震需求科学选择场地。比如可以对区域的地震危险性进行分析,尽可能选择安全的建设场地,具体应该以坚硬的场地为宜,坚硬的场地在发生地震时可以避免地基失效问题的发生,这对于降低震害对桥梁结构的影响具有重要的意义。其次,为了保证桥梁钢结构抗震性能的可靠性,还需要保证整个桥梁体系的完整性和规则性,这也是一项尤为重要的设防措施。比如桥梁建设过程中,其上部结构必须保证连续性,这对于降低地震时对上部结构造成的影响具有重要的作用,同时还可以更好的发挥结构的空间作用。而就桥梁的规则性而言,即在桥梁平面或立面以及结构的布置方面,都必须保证几何尺寸、刚度、对称、均匀的规则性,这样可以避免突然震动变化对桥梁结构造成的影响。最后,在桥梁钢结构抗震设防方面,还需要加强提高钢结构强度和延性,以此来起到抗震设防的作用。比如可以利用桥墩自身加强的延性和强度,将地震力通过限度内的塑性变形渐渐分散,以此来实现对震害的有效耗散。强度与延性是决定桥梁钢结构抗震性能的重要参数,所以在抗震设防中必须提高重视。
        结束语
        在目前的钢结构桥梁中很少有桥梁会因地震出现损坏的问题,因此作为桥梁设计人员必须正确认识到钢结构特点,合理应用抗震设计。在信息化时代快速发展的影响下,新型的科学技术不断涌现,推动了社会的快速发展。桥梁设计是桥梁工程建设过程中的基础工作内容,必须保证桥梁设计的精准性和科学性才能保障后续桥梁工程的有序施工。除此之外,也需注重加强抗震设计的效果,发挥桥梁的抗震性能,使桥梁能够更好地抵御因地震所带来的风险。钢结构抗震设计应贯穿于桥梁设计的每一个环节,从细节出发来提升桥梁整体抗震能力,这样才能提升桥梁后续应用的安全性和稳定性。
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