淺談橋梁結(jié)構(gòu)抗震分析及抗震措施

張?jiān)?/p>

摘 要：我國是一個(gè)多地震國家，近二十多年來，大批橋梁雨后春筍般涌現(xiàn)，確保橋梁在可能發(fā)生的地震中安全可靠運(yùn)營，最大限度避免人員傷亡，減輕震災(zāi)帶來的經(jīng)濟(jì)損失，且設(shè)計(jì)上又不過于保守，成為工程界日益關(guān)注的話題。在橋梁設(shè)計(jì)過程中采取適宜的抗震措施來減小乃至避免地震對橋梁破壞，降低經(jīng)濟(jì)損失。

關(guān)鍵詞：抗震；橋梁設(shè)計(jì)； 抗震措施

中圖分類號：TU973+.31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1671-3362（2013）09-0103-01

1 震害形式

“前車之鑒，后世之師”，通過對汶川、玉樹地震發(fā)生后，橋梁破壞的調(diào)查與研究，橋梁震害形式主要有以下幾種：

1.1 支撐連接部件（支座）震害

支座在地震中破壞形式有錨固螺栓拔出、剪斷、支座位移、活動(dòng)支座脫落等且支座破壞又會(huì)引起連鎖反應(yīng)如伸縮縫、擋塊破壞、甚至落梁危險(xiǎn)等。

1.2 上部結(jié)構(gòu)震害

受地震水平力作用橋梁上部結(jié)構(gòu)在縱橫向及扭轉(zhuǎn)發(fā)生移位。主要表現(xiàn)形式有梁體間脫離、錯(cuò)位、頂撞；大位移會(huì)使梁體超出墩臺(tái)支撐面造成落梁（如汶川百花大橋、廟子坪大橋落梁）。落梁的毀壞性是巨大的特別是順橋向的，梁體掉下來會(huì)直接砸到墩臺(tái)，造成不可修復(fù)性的破壞。

1.3 下部結(jié)構(gòu)震害

分為橋墩和基礎(chǔ)的破壞，該震害是由于橋梁受到較大水平力，瞬時(shí)反復(fù)振動(dòng)導(dǎo)致薄弱截面產(chǎn)生破壞而引起的。

1.3.1 橋墩破壞

經(jīng)大量震害實(shí)例調(diào)查研究，柔性橋墩的長細(xì)比較大多為彎曲破壞（延性破壞），表現(xiàn)形式為：混凝土開裂、壓潰、鋼筋裸露與壓彎并會(huì)產(chǎn)生很大的塑性變形，原因主要是由于橫向約束箍筋配置不足、間距過大，縱向鋼筋搭接或焊接不足、失效，鋼筋錨固長度不足，箍筋端部沒有彎鉤等；粗矮墩的長細(xì)比小多為剪切破壞（脆性破壞）。表現(xiàn)形式為：混凝土大裂縫、鋼筋切斷等，原因主要是由于墩柱抗剪強(qiáng)度和橫向箍筋配置不足等。

1.3.2 基礎(chǔ)破壞

基礎(chǔ)破壞主要是基礎(chǔ)移位、場地土液化、不均勻沉降或是上部結(jié)構(gòu)的慣性力影響引起樁基剪斷、彎曲破壞等。

2 橋梁抗震設(shè)計(jì)與措施

汶川地震后調(diào)查顯示干線公路橋梁震后破壞程度遠(yuǎn)小于地方道路橋梁，主要是因?yàn)楦删€橋梁采用了有效的抗震構(gòu)造措施且結(jié)構(gòu)安全富裕較多，事實(shí)表明合理的抗震構(gòu)造措施可以有效減輕震害，而所耗費(fèi)的工程代價(jià)比較低，因此抗震構(gòu)造措施在常規(guī)橋梁抗震設(shè)計(jì)作用重大。橋梁抗震措施如下：

2.1 支撐連接部件（支座）震害措施

常規(guī)橋梁基本都選用普通橡膠支座，而普通橡膠支座在震后破壞會(huì)加劇橋梁上部結(jié)構(gòu)的損傷，所以我們在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貥蛄嚎拐鹪O(shè)防要求，選用適宜支座，對基本地震動(dòng)峰加速度峰值0.1g及以上地區(qū)應(yīng)選擇隔震支座。隔震支座是在普通橡膠支座中心插入鉛芯，用來改善橡膠支座阻尼性能。鉛芯隔震支座除能承受結(jié)構(gòu)物的重力和水平力外，鉛芯產(chǎn)生的滯后阻尼塑性變形還能吸收能量，并可通過橡膠提供水平恢復(fù)力。

2.2 防止梁體移位、落梁的措施

2.2.1 順橋向移位、落梁措施

增大梁板與墩臺(tái)擱置長度，按照《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTGT B02-01-2008）的規(guī)定簡支梁梁端至墩、臺(tái)或蓋梁邊緣最小值a≥70+0.5L（L梁計(jì)算跨徑），該值取自日本抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，而日本是全球發(fā)生地震最多的國家，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為把日本的抗震規(guī)范用在中國比較保守，該種認(rèn)識(shí)屬于誤區(qū)，當(dāng)“長橋高墩”時(shí)應(yīng)在規(guī)范基礎(chǔ)上給予更多安全富余。例如都汶高速公路廟子坪岷江大橋第10跨（跨徑50m、墩高70m）。雖然蓋梁寬度高達(dá)3.0m（根據(jù)《抗震細(xì)則》，取2.0m即可），但該橋還是發(fā)生縱向落梁。所以設(shè)計(jì)中應(yīng)注意“長橋高墩”，特別是設(shè)置伸縮縫的相鄰聯(lián)橋墩，不僅要將主粱支承長度取值放大，還要設(shè)置主粱限位裝置及其縱向防落梁構(gòu)造。

2.2.2 橫橋向移位、落梁措施

根據(jù)汶川、玉樹地震后的調(diào)查表明橋橫向抗震擋塊破壞損傷嚴(yán)重，說明擋塊設(shè)計(jì)存在構(gòu)造尺寸偏小，主筋配筋率偏小且擋塊與梁板之間缺少減震橡膠塊的問題。所以今后橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)加大墩臺(tái)擋塊構(gòu)造厚度，且在擋塊和梁體之間設(shè)置緩沖橡膠塊，按“小震中震不壞、大震不倒”的設(shè)計(jì)原則確定擋塊尺寸。

2.3 橋墩破壞的措施

柱式墩在橋梁設(shè)計(jì)中比較常見，而圓形獨(dú)柱墩在地震中會(huì)發(fā)生崩潰性破壞比如日本阪神地震，同時(shí)汶川地震也表明矩形墩抗震性能優(yōu)于圓形墩，今后抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)首先盡量避免選用抗震性能差的圓形獨(dú)柱結(jié)構(gòu)，優(yōu)先選擇矩形截面獨(dú)柱結(jié)構(gòu)；需要注意連續(xù)梁橋高度不同的橋墩，地震反應(yīng)也不同。矮墩的地震響應(yīng)比高墩大很多，因此要重視一聯(lián)中矮墩的設(shè)計(jì)；加強(qiáng)墩柱及樁基礎(chǔ)箍筋的設(shè)計(jì)，采用Ⅲ級鋼筋，分區(qū)段進(jìn)行加密；重視橋梁剛度突變處的構(gòu)造設(shè)計(jì)，如系梁（系梁在抗震中起到很大的作用）。

3 橋梁抗震設(shè)計(jì)注意點(diǎn)

在滿足橋梁通航要求的情況下應(yīng)選用小跨徑的橋梁而不用大跨徑，因?yàn)榇罂鐝綐蚨赵诘卣鹱饔孟露罩S向力大，造成墩柱的延性能力降低；在地震過程中曲梁橋會(huì)使結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)復(fù)雜化，所以橋梁軸線應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成直線。同時(shí)使橋臺(tái)和橋墩與軸線垂直，因?yàn)樾苯粫?huì)引起轉(zhuǎn)動(dòng)響應(yīng)而增大位移；盡量少用伸縮縫，不將橋面做成簡支，簡支梁抗震性能差在地震時(shí)容易落梁；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)避免擱置在軟土和砂土上，因?yàn)檐浲梁蜕巴寥菀追糯蠼Y(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)，且軟土有震陷、飽和砂土有液化等地震災(zāi)害；橋墩剛度在縱、橫橋向應(yīng)盡可能保持一致，剛度變化太大，地震時(shí)剛性橋墩容易產(chǎn)生破壞。

4 結(jié)語

伴隨著《公路橋梁抗震細(xì)則》（JTGT B02-01-2008）的頒布和推廣乃至以后新的抗震規(guī)范的出現(xiàn)，橋梁抗震措施作為橋梁設(shè)計(jì)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，在一定程度上緩解了地震對橋梁破壞，打開了一條綠色生命通道，在地震發(fā)生時(shí)，確保了道路的通行，保障了救援工作以及震后家園重建的迅速恢復(fù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 重慶交通科研設(shè)計(jì)院.JTG/T B02-01-2008 公路橋梁抗震細(xì)則[S].人民交通出版社，2008.

[2] 交通部公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院.JTJ004-89 公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].人民交通出版社，1989.

[3] 柳州東方工程橡膠制品有限公司，等.JTT 822-2011 公路橋梁鉛芯隔震橡膠支座[S].人民交通出版社，2011.

[4] 葉愛君.橋梁抗震[M].北京：人民交通出版社，2011.