有關(guān)公路橋梁抗震設(shè)計(jì)的研究

【摘 要】公路橋梁作為一個(gè)重要的公共設(shè)施，其運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性之誒經(jīng)關(guān)系著人們的財(cái)產(chǎn)和生命安全。因此，公路橋梁的抗震設(shè)計(jì)是橋梁工程設(shè)計(jì)中的一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，下文中筆者將結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)，談?wù)剬?duì)公路橋梁的抗震設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)。

【關(guān)鍵詞】公路橋梁；抗震設(shè)計(jì)

從地理位置上看，我國處于環(huán)太平洋地震帶和亞歐地震帶之間，受到世界兩大地震帶的影響，是世界上地震災(zāi)害發(fā)生率最高的國家之一。并且由于地勢情況的復(fù)雜多樣，導(dǎo)致了所發(fā)地震災(zāi)害常具有高強(qiáng)度的特點(diǎn)，零八年的汶川地震和去年的玉樹地震都證實(shí)了這一特點(diǎn)。地震災(zāi)害不僅嚴(yán)重的危害了人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)于國家來說，還會(huì)引發(fā)一系列的政治和經(jīng)濟(jì)問題。而公路橋梁作為連接震區(qū)和外接的重要紐帶，對(duì)地震發(fā)生后的物資運(yùn)輸和人員搶救起著至關(guān)重要的作用。所以，加強(qiáng)公路橋梁的抗震設(shè)計(jì)有著非常重要的社會(huì)意義，基于此，筆者將在下文中從橋梁結(jié)構(gòu)震害及其原因、橋梁減震設(shè)計(jì)要點(diǎn)、公路橋梁抗震設(shè)防措施等幾個(gè)方面，對(duì)該問題展開論述。

1、橋梁結(jié)構(gòu)震害及其原因分析

正確認(rèn)識(shí)橋梁結(jié)構(gòu)震害的產(chǎn)生原因是做好橋梁抗震設(shè)計(jì)的基本前提，也是抗震設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用的重要保障。就目前掌握的國內(nèi)外的地震相關(guān)資料來看，公路橋梁的震害表現(xiàn)形式主要有以下幾種：首先，地震發(fā)生后對(duì)梁式橋梁會(huì)產(chǎn)生較大的位移，并在位移的過程中對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)造成危害。繼而形成因節(jié)點(diǎn)承載力和角度發(fā)生變化所導(dǎo)致的橋梁梁體的相互撞擊。于是，引起橋梁的整體形狀發(fā)生突變，通常表現(xiàn)為橋梁的整體隆起。其次，在地震過程中，公路橋梁的地基周圍的土質(zhì)發(fā)生液化，致使橋梁發(fā)生位移，于是橋梁結(jié)構(gòu)受到位移的影響引發(fā)落梁現(xiàn)象。再次，在橋梁的設(shè)計(jì)和施工過程中，沒有充分的考慮支座的抗震功能，于是當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后，橋梁支座因無法承受地震所導(dǎo)致的位移而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破裂，從而影響了其他橋梁上部結(jié)構(gòu)的抗震效果。其四，對(duì)于橋梁下半部結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)的不足，而導(dǎo)致的字地震過程中出現(xiàn)的各種開裂、變形和失效現(xiàn)象，也會(huì)嚴(yán)重的影響橋梁的整體抗震能力。最后，地基周圍土質(zhì)過于松軟導(dǎo)致了地震發(fā)生后橋梁迅速的發(fā)生滑移，從而導(dǎo)致了整體結(jié)構(gòu)遭到破壞。

2、橋梁減震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

所以，對(duì)于易發(fā)生地震災(zāi)害的地區(qū)的橋梁建設(shè)，或者是地震強(qiáng)度級(jí)別較高的地區(qū)的公路橋梁建設(shè)，工程人員要在認(rèn)真分析橋梁結(jié)構(gòu)和自身抗震特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性的加強(qiáng)橋梁的抗震設(shè)計(jì)。一般來講，有如下基本設(shè)計(jì)原則：首先，要盡量將橋梁的整體重心下移，通過提高橋梁穩(wěn)定性的方式增強(qiáng)其抗震效果。其次，對(duì)于橋梁的高度要做好適當(dāng)?shù)目刂?，以免過高的橋梁結(jié)構(gòu)在地震中發(fā)生振動(dòng)，影響下部結(jié)構(gòu)的剛度。再次，應(yīng)該做好地基的加固處理，避免地基在地震發(fā)生后的大幅度位移導(dǎo)致的橋梁整體抗震能力減弱。

2.1橋梁的對(duì)稱位置和結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有大致相同的剛度，因?yàn)閷?shí)踐證明結(jié)構(gòu)簡單和對(duì)稱的橋梁較不等跨橋梁的抗震效果更好。尤其是對(duì)于長度較長的橋梁，這種差距就更為明顯。所以，對(duì)于沒有特殊要求的橋梁，我們應(yīng)該盡量采取對(duì)稱型的小跨徑的橋梁。

2.2對(duì)橋梁抗震性加以分析研究，某類結(jié)構(gòu)不能在地震區(qū)應(yīng)提出更能內(nèi)修建，在分析研究原有結(jié)構(gòu)抗震性能的基礎(chǔ)上，適應(yīng)地震作用的結(jié)構(gòu)型。其次，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)不是被動(dòng)地作為地震作用時(shí)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、變位的驗(yàn)算，而是要從設(shè)計(jì)角度，提高結(jié)構(gòu)的防震能力，要系統(tǒng)考慮結(jié)構(gòu)的行為能力設(shè)計(jì)。

2.3結(jié)合我國國情，研究結(jié)構(gòu)控制的有效型式，加強(qiáng)抗震措施，必須采用“以柔克剛”的設(shè)想來考慮地震區(qū)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的“以剛克剛”的舊傳統(tǒng)設(shè)防觀點(diǎn)，對(duì)地裂、地出發(fā)點(diǎn)，改變單純的邊坡倒塌、沙土液化時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)如何抗震設(shè)防也應(yīng)該做出深入的研究[3]。

2.4針對(duì)目前大量高架橋倒塌毀壞的教訓(xùn)，必須開展對(duì)抗震支座、各種型式橋墩的延性研究，要利用約束混凝土的概念預(yù)應(yīng)力混凝土，而且可以提高它的延性。不但對(duì)鋼筋混凝土、混凝土結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)的延性都需展開研究。

3、公路橋梁抗震設(shè)防措施

合理的結(jié)構(gòu)形式和成功的抗震設(shè)計(jì)，即合理的概念設(shè)計(jì)可以大大地減輕甚至避免震害的發(fā)生。一個(gè)是概念設(shè)計(jì)、一個(gè)是構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。需要注意的是，這兩個(gè)東西其實(shí)和具體的抗震計(jì)算關(guān)系不大，計(jì)算只是輔助手段，只是驗(yàn)證概念和細(xì)節(jié)的合理性。所以設(shè)計(jì)師需要的是對(duì)橋梁抗震設(shè)計(jì)基本概念和原理的深刻理解。構(gòu)造細(xì)節(jié)措施則包括一些基本的抗震措施，比如支座的選擇、擋塊的設(shè)置等等，還包括構(gòu)件細(xì)節(jié)的構(gòu)造措施、比如墩的箍筋配置、節(jié)點(diǎn)配筋構(gòu)造。國內(nèi)外橋梁抗震研究人員一直都在研究橋梁的合理構(gòu)造措施，合理的構(gòu)造措施可以提高整體的延性及滯回耗能能力。在確定路線的總走向和主要控制點(diǎn)時(shí)，應(yīng)盡量避開基本烈度較高的地區(qū)和震害危險(xiǎn)性較大的地段;在路線設(shè)計(jì)中，要合理利用地形，正確掌握標(biāo)準(zhǔn)，盡量采用淺挖低填的設(shè)計(jì)方案以減少對(duì)自然平衡條件的破壞。對(duì)于地震區(qū)的橋型選擇，宜按下列幾個(gè)原則進(jìn)行:盡量減輕結(jié)構(gòu)的自重和降低其重心，以減小結(jié)構(gòu)物的地震作用和內(nèi)力，提高穩(wěn)定性;力求使結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量中心與剛度中心重合，以減小在地震中因扭轉(zhuǎn)引起的附加地震力;應(yīng)協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)物的長度和高度，以減少各部分不同性質(zhì)的振動(dòng)所造成的危害作用;適當(dāng)降低結(jié)構(gòu)剛度，使用延性材料提高其變形能力，從而減少地震作用;加強(qiáng)地基的調(diào)整和處理，以減小地基變形和防止地基失效。

4、結(jié)語

綜上所述，雖然以人類現(xiàn)在的科技水平，無法做到對(duì)地震的絕對(duì)預(yù)測和預(yù)防，但是我們?cè)谡莆盏卣馂?zāi)害作用于橋梁的基本規(guī)律的前提下，從橋梁設(shè)計(jì)上做好抗震工作，減緩和降低地震對(duì)公路橋梁的危害程度。

參考文獻(xiàn)

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[2]吉隨旺，唐永建，胡德貴，汪軍，陶雙江.四川省汶川地震災(zāi)區(qū)干線公路典型震害特征分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009，28(6)：1250-1260.

[3]王東升，郭恩棟，柳春光，翟桐.鋼筋混凝土圓形截面柱式橋墩抗震性能評(píng)價(jià)[J].世界地震工程，2001，1.