論公路橋梁的細部設(shè)計對其抗震性能的影響

摘 要:作為交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，公路橋梁在促進社會經(jīng)濟、文化的交流和發(fā)展方面具有著不可替代的作用。為避免震害給公路橋梁造成的威脅，保障人民生命財產(chǎn)安全，設(shè)計師應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗，完善橋梁設(shè)計細節(jié)，使設(shè)計方案在經(jīng)濟、合理的基礎(chǔ)上，滿足抗震防災(zāi)的建設(shè)目標。本文分析了公路橋梁震害產(chǎn)生的原因和橋梁抗震的設(shè)計原則，介紹了細部設(shè)計對公路橋梁抗震性能影響，并對伸縮縫、橡膠支座等重點環(huán)節(jié)的防震措施給予了詳細的說明。

關(guān)鍵詞:公路橋梁 細部設(shè)計 抗震性

中圖分類號:U442文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)07(a)-0121-01

1 震害原因分析及其對公路橋梁的損害

地震對公路橋梁造成的損害首先源于地震位移，位移使拱式結(jié)構(gòu)橋梁的腹拱和拱上建筑遭到破壞，拱圈易在頂腳處產(chǎn)生裂縫或變形隆起;對梁式橋梁結(jié)構(gòu)而言，地震位移常造成其因上部節(jié)點處蓋梁寬度不足而導(dǎo)致的落梁及梁間碰撞，而地震對地基土產(chǎn)生的液化作用常使位移增加，使落梁風險進一步加劇，軟弱地基處也可能隨著地基液化發(fā)生橋體傾斜、下沉等嚴重質(zhì)量破壞。當橋梁支座在形式、材料上具有設(shè)計缺陷，或連接與支擋措施設(shè)計不足時，則可能發(fā)生支座位移變形過大的現(xiàn)象，導(dǎo)致其錨固螺栓剪斷、脫出及支座自身的結(jié)構(gòu)損毀，并將結(jié)構(gòu)力傳導(dǎo)至其他位置使震害影響更加廣泛。當支座傳遞的主梁地震力和自身慣性力超過橋體下部的承載能力時，下部結(jié)構(gòu)即會出現(xiàn)變形和斷裂、失效，最終引起全橋的嚴重破壞甚至傾覆。中、大跨度橋梁在地震時常出現(xiàn)河岸滑移的現(xiàn)象，使橋臺移向河心，縮短了全橋長度，造成嚴重的后果。此外，橋臺臺后填土位移造成其傾斜或沉降，也會使扭矩超過橋墩臺的負荷能力而引起破壞?？傊?，地震對公路橋梁的影響因素非常復(fù)雜，如不在橋梁的設(shè)計階段，對其細部進行完善的抗震設(shè)計，或在設(shè)計中發(fā)生連接不當，未滿足規(guī)范要求等問題，都可能使橋梁在災(zāi)害面前欠缺應(yīng)有的穩(wěn)定性，而一旦發(fā)生損毀事故，往往會帶來重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此，設(shè)計師必須謹慎對待橋梁細部結(jié)構(gòu)，從各個環(huán)節(jié)全面提高其抗震性能，實現(xiàn)橋梁工程的使用價值和社會效益。

2 公路橋梁的抗震設(shè)計原則

根據(jù)建設(shè)使用環(huán)境的不同，公路橋梁抗震設(shè)計的重點也存在著差異。但抗震設(shè)計的基本原則都是一致的，即在經(jīng)濟成本及施工能力允許的范圍內(nèi)，盡可能實現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)在剛性、延性和強度等性能上的最優(yōu)化組合。對公路橋梁而言，剛性對結(jié)構(gòu)的變形控制具有重要作用，延性能抑制橋梁的脆性破壞，強度則是對抗地震振動能量的重要途徑。要做到這一點，首先要設(shè)計師全面掌握對結(jié)構(gòu)震害有重要影響的各種因素，從場地的選擇開始，避免軟弱基質(zhì)給橋梁帶來的風險。其次，應(yīng)注重提高橋梁的整體性和細部抗震能力，要求結(jié)構(gòu)布置尺寸規(guī)則、剛度均勻，并提高橋體結(jié)構(gòu)與附屬構(gòu)件的剛性、延性等抗震性能參數(shù)參數(shù)。此外，還應(yīng)盡量使橋梁成為具有多道抵抗地震側(cè)向力的體系，在強地震動過程中，一道防線破壞后尚有第二、三道防線可以支撐結(jié)構(gòu)，避免其倒塌。

3 細部設(shè)計對公路橋梁抗震性能的影響

3.1 細部結(jié)構(gòu)設(shè)計

目前的橋梁設(shè)計往往過于重視橋梁整體強度而忽視了附屬結(jié)構(gòu)等細部對抗震性能的影響，而很多橋梁震害的調(diào)查分析都顯示，細部構(gòu)造恰恰決定了其結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)與隔震、抗震效果。附屬結(jié)構(gòu)對震害響應(yīng)的計算方法較為復(fù)雜，也是其設(shè)計時無法滿足抗震要求的原因之一，因此更需要設(shè)計師加強對其計算分析的特別重視。以伸縮縫及支座等連接構(gòu)件為例，其在往次震害中的破壞均較為嚴重和普遍，因此應(yīng)將這些抗震薄弱環(huán)節(jié)作為設(shè)計重點。如選用伸縮縫時，應(yīng)使其變形能力滿足預(yù)計地震產(chǎn)生的位移，并使伸縮縫支承面有足夠的寬度，同時設(shè)置限位器與剪力鍵。當1個寬行車道分開為2個較窄行車道時，為避免在岔道連接處產(chǎn)生很大的內(nèi)力，可在分岔處設(shè)置一道伸縮縫來解決。而橡膠支座對振動具有一定的抵消作用，為降低梁體與橋臺、橋墩連接處的水平震動，應(yīng)在此類關(guān)鍵位置設(shè)計隔震支座。活動的聚四氟乙烯支座、疊層橡膠支座、鉛芯橡膠支座等都可起到減隔震作用，因此可在梁體與墩、臺的連接處增加結(jié)隔震支座，使結(jié)構(gòu)梁體通過支座與墩、臺相聯(lián)結(jié)，以其產(chǎn)生的柔性和阻尼減小橋梁的地震反應(yīng);實踐表明，減隔震支座的安裝能有效減小橋體墩臺所受的水平地震力，并具有成本經(jīng)濟、耐久性好等優(yōu)點。

設(shè)計師還應(yīng)結(jié)合橋梁整體結(jié)構(gòu)的動力特性進行各種抗震設(shè)計，并在必要處安裝減震裝置以增強橋梁的性能。具體做法包括:有條件的橋梁可以連續(xù)梁跨代替簡支形式，減少對脹縫的需要，從而降低地震時橋跨分離的潛在可能。橋墩上各簡支跨的跨間連接與橋臺，需提供足夠的加固寬度以防主梁產(chǎn)生位移。對橋梁支座的設(shè)計，可在擴大的支座面上安裝適當?shù)膿鯄K來限制過量的運動，如采用制動器、加寬支座或安裝防止落梁的裝置，或使用錨拴來傳遞支座上的水平力和向上的豎向力。使用螺旋鋼筋及橫向系梁為墩柱提供足夠的約束。在處理好墩柱與蓋梁施工縫的基礎(chǔ)上，不要將墩柱的縱向鋼筋搭接或錨固在墩柱與蓋梁連接處的塑性鉸區(qū)域內(nèi)，以增強柱與蓋梁結(jié)點處的延性。設(shè)計可抵抗墩柱彎矩與剪切力的基腳，基腳處不允許有塑性鉸結(jié)。可使用具有正彎矩橋頭搭板來連接橋臺，減少臺后填土的沉陷。

3.2 施工工藝的細節(jié)設(shè)計

對施工細節(jié)的忽略也是造成橋梁抗震性能不理想的重要原因之一，因此應(yīng)在設(shè)計中予以重點規(guī)范，以引起施工方、監(jiān)理方及業(yè)主的充分重視，確保設(shè)計目標的實現(xiàn)。以建設(shè)材料控制為例，應(yīng)對混凝土強度等級、最大氯離子含量、最小水泥用量、水灰比等做嚴格規(guī)定，并根據(jù)不同環(huán)境制定出具體的量化標準，為施工提供指導(dǎo)。此外還應(yīng)對振搗、澆筑、養(yǎng)護等重點工藝環(huán)節(jié)提出限制，確保橋梁施工的工程質(zhì)量。

4 結(jié)語

作為交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，公路橋梁在促進社會經(jīng)濟、文化的交流和發(fā)展方面具有著不可替代的作用，但其在設(shè)計、施工、管理等環(huán)節(jié)也面臨諸多考驗。為盡可能避免地震給公路橋梁造成的損害，保障人民生命財產(chǎn)安全，橋梁設(shè)計師應(yīng)重視對橋梁抗震性能的研究，不斷總結(jié)經(jīng)驗，完善橋梁設(shè)計細節(jié)，使設(shè)計方案在經(jīng)濟、合理的基礎(chǔ)上，滿足抗震防災(zāi)的建設(shè)目標，更好地為我國的基礎(chǔ)建設(shè)事業(yè)服務(wù)。

參考文獻

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