淺談高墩橋梁抗震設(shè)計(jì)

摘要：當(dāng)前，部分高等級(jí)公路的橋梁均為不規(guī)則的高墩橋梁，并且主要橫跨河谷與深溝。

公路橋梁的設(shè)計(jì)極其重要，在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮其的抗震性能。本文筆者針對(duì)高度橋梁的抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，結(jié)合高墩橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從而闡述了其抗震的計(jì)算方法以及對(duì)策。

關(guān)鍵詞：高墩橋梁；概念設(shè)計(jì)；抗震措施

中圖分類(lèi)號(hào):U445文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X(2012)03(b)-0000-00

隨著我國(guó)公路建設(shè)的日新月異，高墩橋梁也越來(lái)越多。尤其是我國(guó)很多地方地形特殊，西南地區(qū)、西北地區(qū)以山區(qū)居多，在興建鐵路和公路時(shí)由于地形和地貌的需要，常常會(huì)使用很多高橋墩。山區(qū)的公路建設(shè)在地形復(fù)雜和地形陡峭的情況下，很多橋梁的建設(shè)都需要跨越河谷或者深溝，此時(shí)便會(huì)采用到跨徑不等的簡(jiǎn)支橋梁或者是大跨度的連續(xù)鋼橋，橋墩高度往往會(huì)達(dá)到數(shù)十米甚至是上百米。近幾年來(lái)，高等級(jí)的公路建設(shè)已經(jīng)開(kāi)始越來(lái)越多，高墩橋梁必然也會(huì)隨之增加，應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。國(guó)內(nèi)外的高墩橋梁在經(jīng)受地震考驗(yàn)方面都存在很多缺陷，導(dǎo)致震后修復(fù)工作難以開(kāi)展。

1高墩橋梁的抗震概念設(shè)計(jì)

從上個(gè)世紀(jì)的七十年代開(kāi)始，很多專家對(duì)大地震中的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了科學(xué)的總結(jié)，總結(jié)發(fā)現(xiàn)對(duì)于抗震設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)概念設(shè)計(jì)的重要性要超出計(jì)算設(shè)計(jì)的重要性?？拐鸶拍钤O(shè)計(jì)主要指的是一種基于震害經(jīng)驗(yàn)所建立的基本的設(shè)計(jì)原則和方法。主要是以工程概念作為基本依據(jù)，采用符合工程規(guī)律和本質(zhì)的方法，對(duì)所設(shè)計(jì)的對(duì)象進(jìn)行宏觀的控制?？傮w上說(shuō)，抗震設(shè)計(jì)應(yīng)該以概念設(shè)計(jì)作為基本的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)該包含橋位選擇和橋型方案等基本設(shè)計(jì)內(nèi)容，還應(yīng)該包括橋梁結(jié)構(gòu)的上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的選擇以及連接等。

1.1橋梁的位置選擇

結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于能否滿足抗震的需求。高墩橋梁的設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮到很多因素，比如橋?qū)?、橋長(zhǎng)以及平豎曲線等各方面的因素。在高墩橋梁設(shè)計(jì)中這些因素有時(shí)候是無(wú)法進(jìn)行調(diào)整的，然而橋墩的形式卻可以進(jìn)行靈活的選擇，同時(shí)橋墩的形式還是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)產(chǎn)生影響的主要原因之一。高墩橋梁一般設(shè)置在彎道多，平、豎曲線半徑相對(duì)較小的地方，并且很大一部分都是變墩高的曲線式橋梁，結(jié)構(gòu)很不規(guī)則。

1.2橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與形式

橋梁的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)直接關(guān)系到橋梁的質(zhì)量與安全效益。大跨徑的連續(xù)鋼橋一般會(huì)采用單肢或者雙肢的薄壁橋墩。這類(lèi)橋梁的橋墩抗震問(wèn)題已經(jīng)經(jīng)過(guò)了很長(zhǎng)時(shí)間的研究過(guò)程。高墩橋梁的設(shè)計(jì)始終是我國(guó)橋梁建設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題。我國(guó)的橋梁建設(shè)中高墩橋梁所占的比例很高，同時(shí)由于地形和地貌的客觀情況，高墩橋梁的應(yīng)用也很多，通常會(huì)保持在50-100米之間。

曲線橋梁的幾何形狀會(huì)影響到對(duì)于地震的響應(yīng)。當(dāng)遇到橫向地震時(shí)，即使是獨(dú)墩橋梁由于這種優(yōu)勢(shì)也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的軸向力。然而，結(jié)構(gòu)的不規(guī)則會(huì)導(dǎo)致橋梁的受力更加復(fù)雜，會(huì)對(duì)橋梁的高墩產(chǎn)生更大影響。當(dāng)橋梁處于地震作用下時(shí)，矮墩的地震力是很大的，將有可能會(huì)發(fā)生提前破壞。但是，當(dāng)高墩與矮墩不相吻合時(shí)，則可能會(huì)發(fā)生高墩的較大幅度的地震移位。這是引起橋梁的上部結(jié)構(gòu)落梁或者支座脫落主要原因。

2抗震的計(jì)算方法

抗震的計(jì)算方法是進(jìn)行高墩橋梁抗震設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是影響到高墩橋梁的抗震性能的重要因素。

2.1反應(yīng)譜方法

橋線往往需要進(jìn)行計(jì)算模型的的分析，一般經(jīng)常采用反應(yīng)譜分析。反應(yīng)譜分析涉及到的參數(shù)主要包括輸入方向組合下單個(gè)支座剪切力最大值等各個(gè)因素，通過(guò)計(jì)算應(yīng)該掌握在地震動(dòng)作用下，大部分支座的順橋向彈性剪切力以及部分支座的橫向彈性剪切力與對(duì)應(yīng)的臨界滑動(dòng)摩擦力之間的數(shù)值關(guān)系，如果數(shù)值不在規(guī)定的范圍之內(nèi)，其頂面與梁底面之間相對(duì)滑移的可能性將會(huì)增大，此時(shí)應(yīng)該采取必要措施進(jìn)行良好的抗震。

2.2宏觀力學(xué)計(jì)算方法

運(yùn)用宏觀力學(xué)的方法分析和認(rèn)識(shí)橋梁的動(dòng)力學(xué)特性是抗震性能研究的基礎(chǔ)性工作。在進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析之前一般應(yīng)該首先建立全橋線彈性的計(jì)算模型。通過(guò)對(duì)主梁和橋墩進(jìn)行空間梁的單元模擬，在樁身單元上施加側(cè)向土彈簧來(lái)模擬橋墩的樁-土相互作用，然后選取合適的方法進(jìn)行計(jì)算。架構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性主要是通過(guò)自振頻率和振型兩個(gè)因素體現(xiàn)出來(lái)。

3高墩橋梁的抗震策略

3.1順橋向連梁裝置

順橋向連梁將會(huì)更好地防止伸縮縫兩側(cè)相鄰梁端相對(duì)墩頂蓋梁順橋向位移過(guò)大，從而可以更好地防止落梁現(xiàn)象的發(fā)生。針對(duì)這種情況應(yīng)該在伸縮縫處的相鄰橋梁的兩端設(shè)置一定規(guī)格的精軋螺紋鋼筋、配套螺帽以及彈性橡膠墊組構(gòu)成的裝置。此裝置主要是用于順橋向的連梁。

3.2合理的設(shè)計(jì)橋墩臺(tái)處檔塊

橋梁的上部結(jié)構(gòu)比較容易發(fā)生橫向移位或者落梁，為了防止橋梁上部的結(jié)構(gòu)對(duì)橋墩蓋梁發(fā)生此類(lèi)不良影響，可以在各個(gè)橋墩蓋梁的頂面橫向兩側(cè)位置上設(shè)置具有彈塑性的擋塊，這種擋塊通常是由鋼性材質(zhì)制作的。

3.3橋墩延性減震的運(yùn)用

在強(qiáng)震作用之下高墩橋梁具有極其明顯的非線性特征，已經(jīng)不再適合原有規(guī)范所規(guī)定的有關(guān)線彈性反應(yīng)譜的計(jì)算方法，因?yàn)檫@種計(jì)算方法已經(jīng)不能夠滿足結(jié)構(gòu)安全的要求。綜合分析這些情況，應(yīng)該采用一種考慮到高橋墩的的結(jié)構(gòu)特性以及各種非線性特征的分析方法。并且要選擇合適的橫向彈塑性擋塊，利用這種擋塊對(duì)各墩頂橫向位移進(jìn)行有效控制，較好的保護(hù)墩身的橫線受力，從而減輕橋墩橫向地震反應(yīng)。

4結(jié)束語(yǔ)

高橋墩的建設(shè)質(zhì)量會(huì)關(guān)系到高強(qiáng)度地震下的災(zāi)后恢復(fù)工作開(kāi)展。如果高橋墩的質(zhì)量無(wú)法保證將會(huì)帶來(lái)很多后果，甚至?xí)?dǎo)致震后的次生災(zāi)害。為了避免高強(qiáng)度的地震對(duì)于高墩橋梁的嚴(yán)重?fù)p壞，必須要重視橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。高橋墩的抗震性能應(yīng)該從結(jié)構(gòu)選型開(kāi)始進(jìn)行綜合考慮，選擇一種結(jié)構(gòu)合理和抗震模式，這將會(huì)大大減輕甚至避免地震災(zāi)害的破壞程度。

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