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第1篇

選址與結構體系選擇

應通過合理的規劃選址，避開地質災害發生地段和活動斷層，確保場地的安全性，避免在抗震不利的地段上建造。選擇合理的結構體系，采用對抗震有利的建筑平面、立面布置。平面布置應力求簡單、規則，盡量避免應力集中的凹角和收進；避免建筑物豎向體型復雜、外挑內收變化過多，力求剛度均勻，避免產生應力集中。平面或豎向不規則的建筑結構，其計算模型有特別要求，計算工作量大，計算難度提高且并不能保證其計算結果的準確性，造成結構安全度難以控制。因此，設計中應盡量避免采用不規則的方案。

結構構件應有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑；盡量減輕結構自重，減小地基土壓力，降低地震作用，對可能出現的薄弱部位，采取措施提高抗震能力，確保節點的承載力大于構件的承載力；從構造上采取措施，防止地震作用下節點的承載力和剛度過早退化。

由于地形及建筑功能布局的原因，教學樓平面不規則、體型復雜，在一些不影響建筑使用和立面效果的部位設置防震縫，具置設在1號教學樓、2號教學樓、實驗樓的教師辦公、通用技術教室、連廊等不同使用功能、不同柱網的建筑單體之間，從而形成了6個單獨的、較規則的抗側力結構單元，有效地解決了可能產生的過大的內力和變形問題以及抗震問題。防震縫寬度取值比規范規定值大50mm，以避免地震中可能發生的碰撞。教學樓結構單元劃分如圖2所示。

剛度與承載力分布

結構需具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位，產生過大的應力集中或塑性變形集中。結構布置應使結構平面在兩個主軸方向均具有足夠的剛度和抗震能力，同時還應具有抗扭轉剛度和抵抗扭轉振動的能力。由于設計內力計算模型是建立在樓蓋平面內剛度無限大的假定基礎上，設計應使樓蓋系統有足夠的平面內剛度和抗力，并與豎向結構有效連接，從而保證梁、板、柱、墻能協同工作。

由于報告廳與食堂的使用功能相對獨立，利用中間庭院天井設置伸縮縫，劃分成兩個獨立的結構單元：報告廳單元和食堂單元。報告廳結構單元在二層標高處僅在觀眾廳兩側、門廳區域有樓板，其余部位均為樓板大開洞,形成空曠大空間，且由于建筑使用功能和隔聲的要求，北側柱較密，柱網開間較小，南面部分柱稀少，剛度分布不均勻，對抗扭不利。通過在適當的部位布置少量剪力墻，調整結構的整體剛度，使各項計算指標能滿足規范要求。報告廳、食堂平面圖如圖3所示，報告廳剖面如圖4所示。

設置多道抗震防線

框架結構尤其是教學樓、報告廳這種大開間、大柱網、縱橫向剛度不均勻的結構，應合理布置柱間支撐或柱翼墻，增加結構縱向剛度，加強結構的空間整體性，使結構具備必要的抗震承載力、良好的變形能力和消耗地震能量的能力。

延性結構設計

結構的延性是結構抗震設計中一個很重要的概念。結構的延性一般用延性系數來表示，它表示結構極限變形與屈服變形的比值。其值越大，則結構的延性越好，在地震作用下，結構已無強度安全儲備，結構的抗震性能主要取決于結構的變形能力。因此，一個結構的變形能力越大，在地震作用時，就能更好地消耗地震能量，保證結構的可靠度。鋼筋混凝土結構是由各種鋼筋混凝土構件組成，組成結構的各構件延性越大，整個結構的延性就越好，結構的延性越好，結構的抗震能力也越好。在大震下，即使結構構件達到屈服，仍然可通過屈服截面的塑性變形來消耗地震能量,從而避免發生脆性破壞。當地震后的余震發生時，由于塑性鉸的出現，結構的剛度明顯變小，周期變長，所受的地震力會明顯減小，震害減輕。延性結構設計的具體內容有以下幾點。

（1）強柱弱梁。控制塑性鉸在框架中出現的位置，塑性鉸出現的位置或順序不同，將使框架結構產生不同的破壞形式。塑性鉸應先出現于梁端部，使結構在破壞前有較大的變形，吸收和耗散較多的地震能量，因而具有較好的抗震性能。

（2）強剪弱彎。控制梁柱構件的破壞形態，使其發生延性較好的彎曲破壞，避免脆性的剪切破壞，而且保證構件在塑性鉸出現后也不會過早剪切破壞。

（3）強節點、強錨固。由于節點區受力狀態非常復雜，所以在結構設計時只有保證各個節點不出現脆性的剪切破壞，才能使梁柱充分發揮其承載能力和變形能力。即在梁柱塑性鉸出現之前，節點區不能過早破壞。

（4）嚴格控制梁的配筋率。鋼筋混凝土的破壞分為受拉鋼筋達到屈服狀態的延性破壞和混凝土先被壓碎或剪切破壞等脆性破壞兩種形式。設計時應按計算或構造選取適宜的配筋率，避免出現梁受拉鋼筋過多或出現超筋現象，使結構發生脆性破壞。應選取適宜的梁截面尺寸，嚴格控制梁截面相對受壓區高度。規范規定，對于一級抗震，相對受壓高度不大于0．25，二三級抗震不大于0．35，且受拉鋼筋最大配筋率不大于2．5％。同時控制受拉鋼筋的最小配筋率，保證梁不會在混凝土受拉區剛開裂時就屈服甚至拉斷。此外，梁上部鋼筋間距不宜太密，否則會造成混凝土澆筑困難，從而造成混凝土缺陷。

（5）梁受壓區配置適量受壓鋼筋，可提高梁的延性。

（6）加密箍筋。可提高箍筋對混凝土的約束力，避免梁的縱向受壓鋼筋產生彎曲，從而提高梁的延性；同時，還可提高梁的抗剪強度，防止剪切脆性破壞的發生。

（7）柱軸壓比限制。對不同烈度下有著不同延性要求的結構會有不同的軸壓比限制。設計時應嚴格控制柱的軸壓比，盡量避免采用短柱，因為短柱的破壞是脆性破壞，加密柱箍筋采用復合箍，都可提高對混凝土的約束力，以防柱受壓鋼筋被壓曲，從而提高柱的延性。另外，柱端箍筋用量的控制不是簡單的配箍率，而是有配箍特征值，它同時考慮了箍筋強度等級和混凝土強度等級對配筋量的影響。

抗震構造措施

在青川中學的結構抗震設計中，應吸取汶川地震建筑震害的經驗教訓，特別重視結構抗震的構造措施。

（1）框架結構節點鋼筋須滿足錨固要求（圖5），梁柱箍筋按規范要求加密，注意箍筋和縱筋的比例，填充墻不到頂形成短柱時，框架柱應全高加密，從構造上保證強剪弱彎、強節點、強錨固。

（2）突出屋面的樓梯間、水箱、女兒墻等附屬物，由于沿房屋高度的剛度驟減而產生“鞭梢效應”，從而加大了地震作用，對出屋面建筑本身和主體建筑物的抗震都非常不利。在出屋面建筑的設計中，宜通過綜合考慮來選擇其適當的平面位置，并盡量降低其高度，減輕重量，使屋頂建筑結構的重量和剛度分布較均勻，并與主體結構有可靠連接，從而使其具有良好的抗震性能。

（3）位于建筑物出入口上方的挑檐、雨篷、玻璃幕墻、吊頂、構架等非結構構件應與結構主體有可靠連接，且具有良好的變形能力，避免地震時脫落。

（4）由于樓梯段側向剛度較大，山墻較高，休息平臺與樓層存在錯層，地震時最易破壞，作為逃生通道，對樓梯間的抗震設計應予以充分重視。支撐樓梯的框架柱應考慮樓梯休息平臺板的約束作用和可能引起的短柱，按短柱的抗震要求進行加強。樓梯間兩側的填充墻與柱之間加強拉結。樓梯間的混凝土梯段、梁、板應參與計算，并按規范要求設置構造柱和拉結鋼筋。樓梯梯段板采用現澆鋼筋混凝土，梯段板采取雙層雙向配筋。

（5）教學樓、報告廳、圖書館等的屋頂均為坡屋面，在閣樓層標高處設置了框架拉梁，以加強結構的整體性。

（6）在框架結構中，填充墻的構造措施很重要（圖6，7）。在水平地震作用下填充墻與框架是共同作用的，一方面墻體受到框架的約束，另一方面框架受到填充墻的支撐，由于填充墻的側向剛度較大，所受到的地震作用大，而填充墻的抗剪強度又較低，變形能力小，所以填充墻在地震發生時易出現裂縫。因此，填充墻與框架的連接除按國家有關規范的要求設置構造柱、拉結筋和水平拉梁外，還應按西南標準圖集《框架輕質填充墻構造圖集》（西南05G701）相應的構造措施進行加強。

第2篇

在其他許多國家的抗震規范中，也或多或少地采用了這一設計原則，即便如此，各國規范在具體的設計程序上絕大多數仍堅持以安全設計地震為準的單一水平設計手法，并認為第一設計水準的要求自動滿足［3］。近年來，專家已建議對兩個設防水準的地震力都要進行設計，這在一定程度上更加保證了橋梁結構的抗震安全性，也是未來橋梁抗震設計的一個發展方向。理念的提出基于性能的抗震設計思想是一個比較抽象的概念，它沒有明確的力的大小的物理意義，也沒有單純的材料強度或結構位移的具體量化結果。因此，基于性能的抗震設計思想不能比較明確的用一個參數來衡量結構的抗震性能，它是對以往的結構的響應的一個綜合考量，結構的性能往往與結構的受力大小、強度或位移，耗能能力以及結構的功能有關，更為直接地反映的是為滿足人們的正常使用要求或結構功能性或安全性的性能綜合考量。因此，對于不同的需求和功能要求，同樣一座橋梁的抗震評估結果將有所不同［1］。基于性能的抗震設計可以簡要的概括為，用總少的投入，建總可靠的橋梁。正如著名的地震工程學家胡聿賢先生所講，工程抗震不僅與工程技術有關，而且與社會經濟密切相關。基于性能的抗震設計思想是橋梁抗震設計思想發展的一種必然趨勢，對于人類進步和社會發展都將起到積極的作用。基于性能的抗震設計思想是一個全新的思想體系，目前已經取得了一些研究成果，但到廣泛的應用還有一定的距離，甚至目前都沒有形成完全統一的概念。但這并不妨礙基于性能的設計思想的進一步完善。

設計方法的體現

傳統的橋梁抗震設計思想即對某一性能目標進行比較，如對結構的地震響應力、地震位移、結構耗能等單一性能參數進行考慮。從嚴格意義來講，這并不能反映結構的真實安全性能。而基于性能的抗震設計，其目標即為業主的期望目標或結構性能，包括地震動性能目標和結構抗震性能目標。基于性能的抗震性能目標，是一個對傳統的結構的性能的一個綜合考慮，因此，各單一結構性能之間的相互關系顯得十分重要而又相互制約，如連續梁橋梁結構的梁端位移與墩底彎矩即為相互制約的關系，基于性能的設計思想即要從這兩者之間找到一個平衡點，以達到各單一性能的充分而平衡的發揮。同時，基于性能的抗震設計思想也要對結構的經濟指標提出要求。人們總是希望結構設計以社會效益和經濟指標為目的，基于性能的抗震設計思想即在對結構進行抗震設計時，對橋梁結構遭受地震破壞所造成的損失、維修成本、社會影響等進行綜合評估，這也是基于性能的抗震設計思想所必須考慮的一個關鍵所在。基于性能的橋梁抗震設計是一個涉及多門學科的綜合型研究領域，需要對多個領域，如地震學、橋梁工程、經濟等都要有一定程度的認知才能進行基于性能的抗震設計，這也對橋梁抗震設計工程師提出了更高的要求。

第3篇

橋梁的總體布置

1立交匝道橋的特點

互通立交的匝道橋，受地形、地物和占地面積等影響，其總體布局跟其它橋梁相比，有以下特點：

（1）由于互通立交區匝道的最小平曲線半徑可達30m，如果橋梁剛好位于小半徑平曲線上，則該橋就可能做成曲線梁橋，且往往超高值較大，故橋梁的橫坡較大。

（2）由于要在短距離內實現高差，匝道橋往往縱坡較大。

（3）橋面較窄。

（4）匝道橋有時候需要跨越主線或其他匝道，以及非機動車道，因此匝道橋的單跨跨徑受到限制，不能減小。

由于匝道橋具有斜、彎、坡、異形等特點，屬于不規則橋梁，在地震作用下的響應相對比較特殊，其抗震設計將更復雜，不僅要滿足常規橋梁所規定的構造，而且在某些方面需要提出更高的要求。震害表明，曲線梁橋具有較高的地震易損性，薄弱環節較多，因此其抗震概念設計就顯得尤為重要。

2上部結構

由于匝道橋很多是彎、窄橋，其在荷載作用下，包括靜力荷載和動力作用，上部結構的扭矩較大，上部結構受力處于彎扭耦合狀態，故需要采用抗扭剛度較大的截面，且橋梁上部結構的整體性要好。因此，對于匝道橋，特別是在小半徑曲線上的匝道橋，宜采用箱形截面（跨度相對較大時）或者實心截面（跨度相對較小時）。也正是因為如此，為增加剛度和穩定性，上部結構宜采用結構連續。所以，對于匝道橋，上部結構采用連續箱梁或者連續實心板，將有效地提高其抗震性能。

3下部結構

3．1橋墩的形式

匝道橋一般相對較窄，橋墩一般采用雙柱墩或者獨柱墩，橋墩的剛度相對較小。在地震作用下，墩身的彎矩和剪力一般不大，但是位移相對較大，如有較好的限位措施，對于抗震來說，未必是不利的。而對于小半徑匝道橋來說，地震作用下，可能會導致橋墩產生較大的扭矩，故橋墩的墩身宜采用抗扭剛度相對較大且整體性較好的結構，如獨柱實心墩或者空心墩。如采用雙柱式墩，應對其進行全橋空間地震響應分析，對關鍵部位進行加強。

3．2橋墩的剛度

對于連續梁橋，同一聯內各橋墩的高度不同而導致其抗推剛度相差較大，則水平地震力在各墩間的分配不均衡，剛度大的墩將承受較大的水平地震力，嚴重時可能導致剛度較大的橋墩發生破壞，從而導致全橋的損毀。如果剛度扭轉中心和質量中心偏離，上部結構還將伴隨產生水平轉動，又可能導致落梁或者上部結構的碰撞。而匝道橋恰好容易符合這兩個條件：縱坡較大，橋墩高差將會比較大；在小半徑曲線上，地震作用下可能會出現上部結構的水平轉動。

雖然匝道橋的橋墩高度相差較大，可以通過改變橋墩截面的形式或大小來對其抗推剛度進行調節。對于相對較高的橋墩，可以采用剛度較大的截面形式，或者增加其截面尺寸。如此一來，可以使得地震作用下各橋墩的水平地震相應達到均衡。

如橋梁位于小半徑曲線上，地震來臨時，橋墩承受的水平力方向是不確定的，且有扭矩的存在。因此，橋墩截面的剛度在各個方向大致相同將會是比較好的處理方法，如采用獨柱墩或者空心薄壁墩。

3．3橋墩的配筋方式

近年來，橋梁結構的穩健性（robustness）越來越受到重視。穩健性的意思，即當參數攝動時，仍能保持整體穩固性的能力，故亦稱為“參數攝動不敏感性”。對于工程結構，則指意外作用下的結構的整體牢固性，或者說結構破壞的后果與原因的不對應（不相稱）時的牢固性。橋梁的抗震設計，除遵守通常規范的承載力準則外，還需力求避免意外的次生損毀、再次垮塌，縮小損毀范圍以及損壞的可修復、快修復性。匝道橋一般相對較窄，其橋墩要么是獨柱墩，要么是雙柱墩，沒有“冗余約束”，從結構本身來看，其穩健性相對較差。故需通過配筋來提高其在地震作用下的穩健性。

提高橋墩的延性，是提高其穩健性的有效方法之一。配置數量足夠的、錨固合理的橫向鋼筋，對于墩柱來說，可以起到3個方面的作用：約束塑性鉸區域內的混凝土，提高混凝土的抗壓強度和延性；提高抗剪能力；防止縱向鋼筋壓曲。因此，箍筋或螺旋筋的間距小一些。各國抗震設計規范對塑性鉸區橫向鋼筋的最小配筋率都進行了具體的規定。對于尺寸較大的墩柱，除須配置間距足夠小的箍筋或螺旋筋外，還應配置橫向加勁鋼筋甚至是雙層箍筋，以滿足其對核心混凝土的套箍作用（如圖1所示），以提高橋墩的延性，從而提高其地震作用下的穩健性。

其他構造

1支座

為保證橋梁剛度均衡，設計時應優先考慮采用等跨徑、等墩高、等橋面寬度的結構形式。如不能滿足，也可通過調整墩的截面形式和尺寸，或者調整支座等方法來改善橋墩的剛度均衡情況。其中，調整支座可能是最簡單易行的辦法，效果也很顯著。當采用橡膠支座后，由墩和支座構成的串聯體系的組合抗推剛度為：式中：kt是墩和支座的組合抗推剛度，kz和kp分別為橡膠支座的剪切剛度和橋墩的水平剛度。如地震作用下，橋墩仍處于彈性狀態，其水平地震力就是按墩的組合抗推剛度的比例分配的，從上式可以看出，調整支座的剛度可以有效地改善橋的剛度均衡狀況。

另外，如果地震設防烈度較高（超過8度），須考慮將支座設計成抗震支座，以達到減、隔震的目的。

2墩梁連接方式

一般情況下，橋墩跟上部結構之間，采用支座連接。但是，有些情況下，可以將抗推剛度較小的橋墩和上部結構固結來考慮，剛度較大的橋墩與上部結構之間通過支座連接。如此，一方面可以增加橋梁的整體穩定性，另一方面，也可以讓橋墩之間的抗推剛度均衡。

3限位裝置

對于橋墩剛度較小的情況，由于地震作用下的墩頂水平位移較大，限位裝置是不可或缺的。橫橋向的限位措施主要有剪力鍵和防震錨栓，縱向限位措施包括剪力鍵、防震錨栓、鏈索式和拉桿式限位器等（如圖2所示）。限位裝置應允許梁體在小范圍內自由移動，該自由移動范圍的大小一般以不影響支座的正常變形為宜。為減小碰撞力和碰撞損傷，限位器常在梁間和主梁與剪力鍵間設置橡膠等緩沖材料。

工程實例

1工程概況

云南某高速公路的互通立交區橋梁，位于平曲線半徑42m的匝道上，超高0．08，最大縱坡5％，橋寬7．75m，設計采用3～20m現澆箱梁，下部結構采用樁徑1．4m獨柱墩，①號橋墩墩高8m，②號墩高13m。其立面圖如圖2所示。

原設計未進行概念設計。橋墩高度不同，而截面相同；未設限位裝置。現將原設計做局部修改，增加防震銷，橋墩截面隨高度增加，使其抗推剛度接近一致。對該橋的原設計方案和按照本文前述內容進行修正后的方案進行地震響應分析，比較其地震響應的區別。

2有限元模型

取全橋為分析模型，主要分析縱橋向的地震響應。墩底為完全固結。根據橋址的場地土條特性，選用El－Centro波作為非線性時程分析地震輸入，因該橋抗震設防烈度為8度，故將El－Centro波水平地震加速度峰值調至0．2g。計算模型如圖3所示。3．3地震響應分析本文對優化前后的橋梁地震響應進行分析和比較。

設置限位裝置之后的墩頂位移與原設計墩頂位移對比分析：①號墩僅有微小的變化，②號墩位移相比原來小了14．27％，抗震性能提高明顯。可見，限位裝置效果的體現對較高的柔性墩有明顯的影響。

（2）統一橋墩抗推剛度后的影響（見表2）②號墩直徑加大，使其剛度與①號墩一致，計算結果分析對比：橋墩底的內力均有不同程度的改善，其中②號墩改善最顯著，墩底內力與墩頂位移均有大幅度的提高。

①號墩也有相對②號墩較小的變化。可見，讓各墩的剛度盡量相等，對整座橋橋墩的內力和位移都有影響，優化之后的①、②號墩剛度趨向于一致，使全橋的內力分配更均勻，從而提高的橋梁的抗震性能。