国外减隔震桥梁的失效分析

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大多数桥梁专家以及相关的媒体都过于推崇桥梁的正面效应,如美观的外形特征、交通问题的解决程度以及结构设计上的创新点等等。然而,无论在国外还是国内,桥梁的失效案例都屡有发生,而对其失效的原因却鲜见详细科学的报道和分析。这对于桥梁事业的进步和发展是不利的,它导致了完全可以避免的错误接踵发生。

案例一:博卢高架桥1号线概况

1999年,土耳其西部发生了7.2级大地震,据统计共造成1000多人死亡,5000多人受伤,震害区绝大多数建筑物都遭到了破坏。当时,作为连接土耳其博卢省西部和山岭地区交通枢纽的博卢高架桥工程几乎已经竣工。

国外减隔震桥梁的失效分析

采用了“先进”的隔震和耗能技术的博卢高架桥1号线却在此次地震中没能幸免,遭到了严重的破坏

博卢高架桥失效原因分析

博卢高架桥的破坏引起了许多地震工程和桥梁工程界人士的高度重视。在大地震发生以后,美国M.C.Constantinou教授等人多次对该高架桥进行设计和破坏的深入调查和研究。他们的结论是:博卢高架桥的破坏是由于其结构保护系统(即地震隔离系统)的失效所引起。根据计算分析结果并结合现场调查,指出了地震隔离系统的设计存在以下严重问题:

1.隔震系统的位移能力不足。依据AASHTO标准验算可得,该高架桥隔震系统的最大位移为820mm。而原设计的隔震系统的极限位移仅有210mm(滑动支座)——480mm(屈服耗能装置的极限位移)。通过利用博卢和达兹两处地震观测站分别对地震场地进行了地面运动情况的观测,并模拟了近断层的运动情况,得到的峰值位移应为1400mm。这巨大的差别说明了该设计不仅非常不合理(隔震的两部分位移能力不同),也远远不能满足达兹近场大地震的要求。

2.屈服后的刚度值偏低。为了确保隔震装置在地震中能自动回复原位,在1991年或1999年的AASHTO设计规范中均要求,在设计50%最大位移时,装置的横向恢复力应大于支座承受重力的2.5%。该支座承受的重力为14200kN,50%的最大位移160mm时的恢复力仅有1652kN,为重力的1.2%。远不能满足设计要求,无法保证支座恢复原位。

3.地震隔离系统的周期不符合设计规范要求。对于1080kNm的屈服后刚度以及14200kN的重力荷载,该隔震桥梁的周期应为7.27s,为了不使隔震系统有过大的位移,在1999年的AASHTO规范中将这个周期限制为最大6s。但该桥也不符合这一规范要求。

4.结构保护系统没有足够的安全储备。显然,在对这座桥梁进行隔震产品的设计过程中,并没有考虑到高架桥将承受到如此大的地震动作用,致使整个隔震系统遭到了完全的破坏。然而,意外的超荷载情况时有发生,在桥梁构造设计中必须充分考虑,并采取必要措施才能满足人们对桥梁的使用安全要求。显而易见,连上述各项设计指标都不能满足,就更谈不上安全储备。

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  • 本文由 发表于 2019年9月9日 11:25:09
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