關(guān)于公路橋梁提高抗震能力的設(shè)計(jì)思考

洪偉峰

【摘要】近年來，隨著地震災(zāi)害、事故的頻頻發(fā)生，在施工建筑建設(shè)中提高工程抗震能力越來越引起人們的重視和關(guān)注。做好公路橋梁抗震設(shè)計(jì)的分析，合理的規(guī)劃工程建設(shè)的施工方案，有力降低地震對公路橋梁等交通工程的破壞性行為，順利開展震后救援等工作，進(jìn)而減少地震對人類社會所帶來的損失。本文主要分析了在公路橋梁的工程建設(shè)設(shè)計(jì)中，如何提高施工項(xiàng)目的抗震能力。

【關(guān)鍵詞】公路橋梁；抗震能力；設(shè)計(jì)思考

地震是地球上經(jīng)常發(fā)生的一種自然災(zāi)害，不僅對人類生活會造成的破壞性和毀滅性的損失，往往會威脅到人們的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全。我國地理位置處在地震多發(fā)區(qū)，是遭受地震災(zāi)害較為嚴(yán)重的國家之一，因此，在工程建設(shè)過程中，做好抗震等相關(guān)方面的設(shè)計(jì)具有不容忽視的重要作用。特別是零八年汶川地震的發(fā)生，對公路橋梁等工程項(xiàng)目的抗震能力提出了更高的要求。公路橋梁的設(shè)計(jì)是工程建設(shè)的重要依據(jù)，筆者結(jié)合多年來的工作經(jīng)驗(yàn)，探討了關(guān)于公路橋梁提高抗震能力設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)思考。

一、橋梁的震害原因分析

橋臺震害其主要表現(xiàn)為橋臺與路基一起滑動并移向河心，以致橋頭、重力式橋臺的胸腔及樁柱式橋臺的樁柱不同程度沉降、開裂、傾斜和折斷等另外，橋頭的沉降會導(dǎo)致翼墻損壞并開裂，而重力式橋臺胸腔開裂會引起整個臺體被移動并下沉。橋墩震害在地震力作用下橋墩會不同程度的傾斜、沉降、滑移、開裂、剪斷和鋼筋裸露扭曲。支座震害根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)，會發(fā)現(xiàn)某些橋梁的支座設(shè)計(jì)并未充分考慮抗震的需求，如某些支座形式和材料上存在缺陷、在構(gòu)造上連接與支擋等構(gòu)造措施不足等，以致支座在地震力作用下會發(fā)生較大的變形和位移。地基與基礎(chǔ)震害在地震力作用下地基中的砂土?xí)灰夯?，以致地基失效，基礎(chǔ)沉降或不均勻沉降，從而導(dǎo)致地面較大變形，地層發(fā)生水平滑移、下層、斷裂等地基與基礎(chǔ)震害會使橋梁發(fā)生坍塌，給震后修復(fù)工作帶來困難。梁的震害梁的震害主要是有橋臺震害、橋墩震害、支座震害等引起的，其主要表現(xiàn)為主梁墜落，這也是最嚴(yán)重的震害現(xiàn)象。

二、提高公路橋梁抗震能力的設(shè)計(jì)目的

在我國公路橋梁的一般抗震設(shè)計(jì)中，大家會根據(jù)不同地區(qū)地震烈度分布分別在伸縮縫處提供足夠的支撐余地和設(shè)置抗震擋塊限位裝置，來避免或防止發(fā)生橋梁落梁現(xiàn)象的發(fā)生，但是山于地震荷載沖擊方向的不確定性，我們思考在設(shè)計(jì)時采用一種橋梁梁板連續(xù)系統(tǒng)來避免落梁的發(fā)生。橋梁梁板連續(xù)系統(tǒng)是在發(fā)生重人、特人地震時，橋梁支座或限位裝置發(fā)生變位，使變位不至于超過梁的擱置長度，進(jìn)而止落梁發(fā)生的安全防落梁裝置。這種裝置是基于保險(xiǎn)心理的做法，因?yàn)橹卮蟆⑻卮蟮卣鸢l(fā)生的概率極低，在一些小型地震上基本不起作用。公路橋梁的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期與地震荷載超越率有著密切的聯(lián)系，當(dāng)前，國際上的橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期取值并不統(tǒng)一，我國現(xiàn)在公路橋梁的設(shè)計(jì)規(guī)范基準(zhǔn)期取為100年。雖然重大、特大地震發(fā)生的概率極低，但是為了提高橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的抗震能力，在地震多發(fā)地區(qū)可采用橋梁梁板連續(xù)系統(tǒng)來避免落梁的發(fā)生。

三、提高公路橋梁抗震能力的設(shè)計(jì)思考

我國公路橋梁采用橋梁梁板連續(xù)系統(tǒng)提高橋梁抗震等級時人多采用拉索式橋梁梁板連續(xù)系統(tǒng)，本文就以拉索式橋梁梁板連續(xù)系統(tǒng)為例，來研究討論其設(shè)計(jì)思想和方法。

（1）拉索式橋梁梁板連續(xù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

首先根據(jù)拉索容許抗拉力來確定公路橋梁拉索式設(shè)計(jì)的拉索數(shù)量，我們假定某受力而上的拉索平均分擔(dān)設(shè)計(jì)地震荷載沖擊力，然后就可以通過公式來確定。每根拉鎖承受的設(shè)計(jì)荷載=橋梁梁板連續(xù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)地震沖擊最大破壞力/拉鎖數(shù)量<拉索設(shè)計(jì)抗拉力。

（2）橋梁梁板連續(xù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的移動量

公路橋梁的橋梁梁板連續(xù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最大縱向位移量要在以最大的結(jié)構(gòu)破壞力為限的基礎(chǔ)上小于梁的擱置長度?？梢栽试S的縱向位移量移動范圍可以根據(jù)以下公式控制。橡膠支座的允許剪切變形量丟橋梁（使用橡膠支座）橋梁梁板連續(xù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)縱向移動量橫向位移」要由橋梁抗震擋塊控制。

（3）橋梁緩沖裝置的設(shè)計(jì)

橋梁緩沖裝置中使用的緩沖橡膠材料一般選氯丁橡膠或工程橡膠材料，其硬度和允許壓應(yīng)力應(yīng)滿足緩沖地震沖擊力的要求，然后通過公式可以得出橋梁橡膠緩沖裝置的壓應(yīng)力。 橡膠緩沖應(yīng)力=橋梁梁板連續(xù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)地震最人破壞力/緩沖裝置橡膠的受壓而積橋梁垂直豎向緩沖可結(jié)合橋梁橡膠支座綜合設(shè)計(jì)。

四、提高公路橋梁抗震能力采用的結(jié)構(gòu)

對于公路橋梁工程的梁板連續(xù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和選用方而也要根據(jù)情況不同，選擇不同的橋梁梁板連續(xù)結(jié)構(gòu)。

（1）橋梁梁板連續(xù)結(jié)構(gòu)類型

目前公路橋梁梁板連續(xù)系統(tǒng)的梁間連接類型有以下三種：鋼板連接、拉索式連接、與下部結(jié)構(gòu)連接。他們分別對應(yīng)于橋水平縱向地震沖擊力作用的梁板連續(xù)系統(tǒng)與橋梁垂直豎向地震沖擊力作用的梁板連續(xù)系統(tǒng)。這種梁板連續(xù)系統(tǒng)的橋軸垂直縱向上的抗震擋塊具有與梁板連續(xù)系統(tǒng)同樣的防位移效果，而梁板連續(xù)系統(tǒng)的垂直豎向上的擋塊則被用來防止梁體向垂直橋軸方向上移動而導(dǎo)致落梁發(fā)生。

（2）橋梁梁板連續(xù)系統(tǒng)的選定

對于公路橋梁梁板連續(xù)系統(tǒng)的選取方而，如果是橋軸向的梁板連續(xù)系統(tǒng)的選取，只要相鄰梁在垂直橋軸的方向有可能產(chǎn)生移動，就優(yōu)先選擇梁間拉索式的橋梁梁板連續(xù)系統(tǒng)。一般梁板連續(xù)系統(tǒng)在不能設(shè)置梁間連接或梁間相鄰上部結(jié)構(gòu)移動量有很大的差別的情況下，則要選擇梁與下部結(jié)構(gòu)墩柱或橋臺相連接的梁板連續(xù)系統(tǒng)，來避免受到因地震沖擊產(chǎn)生的位移差的影響。如果梁與下部結(jié)構(gòu)墩柱或橋臺的連接的梁板連續(xù)系統(tǒng)能夠承受橋梁向上的地震沖擊力，就不需要采用其他方法來預(yù)防橋梁垂直方向上發(fā)生位移，可以與其他類型的梁板連續(xù)系統(tǒng)并用。

此外，公路橋梁梁板連續(xù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還要考慮一些其他相關(guān)因素的影響，如對橋臺、橋墩和支撐結(jié)構(gòu)的情況等方而因素。在縱坡上的坡道橋的下端支點(diǎn)和中支點(diǎn)、小角度斜交橋的端支點(diǎn)、平曲線上設(shè)超高的曲線橋彎道內(nèi)側(cè)支點(diǎn)、豎曲線上橋最低點(diǎn)的支點(diǎn)以及獨(dú)柱墩橋支點(diǎn)上都宜選用垂直橋軸方向的擋塊與上文所述的橋梁梁板連續(xù)系統(tǒng)的綜合運(yùn)用，以提高公路橋梁的抗震能力。

五、橋梁設(shè)計(jì)與抗震措施

（1）防比落梁的措施

上部結(jié)構(gòu)主梁的支承長度a>70+0.51，該取值沿用自日本抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，多數(shù)設(shè)計(jì)者認(rèn)為規(guī)范取值較為保守。這里需指出該種認(rèn)識屬于誤區(qū)，當(dāng)“長橋高墩”時應(yīng)在規(guī)范基礎(chǔ)上給護(hù)更多的安全富余。在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意“長橋高墩”，不僅要將主梁支承長度取值放大一些，還需要設(shè)置主梁限位裝置，同時應(yīng)設(shè)置縱向防落梁構(gòu)造。當(dāng)前擋塊設(shè)計(jì)存在薄弱的問題，主要表現(xiàn)為構(gòu)造尺寸偏小，在斜彎橋設(shè)計(jì)中應(yīng)比直線橋具備更多的考慮。擋塊內(nèi)側(cè)不僅應(yīng)設(shè)置橡膠塊，建議橋墩蓋梁端部懸出擋塊外10cm為宜.

（2）支座型式和布置方式

支座選型長期以來被忽視，常規(guī)梁橋多采用普通橡膠支座，建議根據(jù)橋梁設(shè)防要求，選用適用的支座類型。注川百花大橋第5聯(lián)（（5mx20m）采用一個固定支座，其余墩為活動支座，導(dǎo)致全聯(lián)上部結(jié)構(gòu)水平地震力幾乎完全由固定支座下的橋墩承擔(dān)。對于連續(xù)梁橋在設(shè)置固定支座后，應(yīng)慎用墩梁固結(jié)方案，注重考慮各墩水平受力的平均分擔(dān)。

（3）柱式橋墩的合理設(shè)計(jì)

柱式墩是橋梁設(shè)計(jì)中最為常見的結(jié)構(gòu)形式，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)。其次應(yīng)重視橋墩中間的橫梁設(shè)置，橫梁剛度不宜過大。結(jié)構(gòu)剛度的均衡是總的設(shè)計(jì)原則，一般指縱橋向相鄰高度不宜相差過大，以保證橫橋向墩柱剛度的均衡

六、結(jié)語

終上所述，我們可以看出，文章在分析了公路橋梁梁板連續(xù)系統(tǒng)的主要目的和作用，通過分析比較，提出我們公路橋梁的梁板連續(xù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思考和方法。這種橋梁梁板連續(xù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法使得橋梁工程梁板連續(xù)系統(tǒng)的設(shè)置簡單并容易實(shí)施。文章中簡要介紹了橋梁梁板連續(xù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與結(jié)構(gòu)類型，簡單分析了不同情況下橋梁梁板連續(xù)系統(tǒng)的選用方法，希望能夠?yàn)槠渌芯繕蛄旱目拐鹪O(shè)計(jì)方而提供一些參考。此外，我國現(xiàn)在橋梁建筑行業(yè)一直在不斷發(fā)展，我國公路橋梁的建筑工程師們和專家們也都針對公路橋梁的梁間連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行不斷的、深入的研究，相信在科學(xué)技術(shù)和公路橋梁施工技術(shù)日益不斷發(fā)展的情況下，在不久的將來，我們一定能夠加強(qiáng)我國公路橋梁的設(shè)計(jì)和施工水平，不斷提高公路橋梁的抗震能力。

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