公路橋梁抗震設(shè)計(jì)存在的問題及改進(jìn)

郭穆春

(山西路橋第一工程有限責(zé)任公司)

1 公路橋梁的震害和特征

1.1 橋臺(tái)震害

橋臺(tái)震害的主要表現(xiàn)形式為橋臺(tái)和路基一起向著河心移動(dòng)，繼而導(dǎo)致樁柱式橋臺(tái)的樁柱發(fā)生傾斜和開裂，嚴(yán)重的甚至?xí)蹟?重力式橋臺(tái)則會(huì)胸墻開裂，臺(tái)體發(fā)生下沉、轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象;橋頭引道沉降，翼墻也會(huì)開裂。橋臺(tái)的滑移以及開裂會(huì)促進(jìn)主梁因受壓而受損，甚至是主梁坍塌。

1.2 橋墩震害

橋墩震害的主要表現(xiàn)形式為橋墩沉降、傾斜、移動(dòng)，橋墩的墩身開裂，剪力過大而折斷，受壓緣混凝土潰散，鋼筋裸露在外，橋墩和基礎(chǔ)連接處等薄弱節(jié)點(diǎn)發(fā)生開裂、折斷等。

1.3 支座震害

在地震力的沖擊下，支座設(shè)計(jì)未全面考慮抗震的設(shè)計(jì)規(guī)范，在構(gòu)造上連接與支擋等措施的準(zhǔn)備不充分，又或者由于支座形式和材料上的不足等種種因素，致使支座有大幅度的滑移、變形，進(jìn)一步造成構(gòu)造上的破壞，例如，支座錨固螺栓的拔出、受剪折斷、活動(dòng)支座直接脫離，并致使結(jié)構(gòu)力傳遞形式發(fā)生改變，從而影響結(jié)構(gòu)的其他部位的正常作用。

1.4 梁的震害

在地震中，橋梁的震害最嚴(yán)重的就是主梁墜落。主梁墜落的主要原因是橋臺(tái)、橋墩傾斜、坍塌，支座嚴(yán)重受損，梁體在地震力的強(qiáng)烈沖擊下發(fā)生碰撞，相鄰的橋墩之間產(chǎn)生大幅度的偏移。

1.5 地基與基礎(chǔ)震害

地基與基礎(chǔ)震害最嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致橋梁整體倒塌，并且在地震后的修復(fù)階段難以重新利用。地基發(fā)生破壞的主要原因?yàn)樯巴烈夯?、不均勻沉降以及較低的穩(wěn)定性致使的地層進(jìn)行水平移動(dòng)、下沉，嚴(yán)重的甚至是斷裂?；A(chǔ)的破壞和地基的破壞關(guān)系密切，一般情況下，地基發(fā)生破壞，則基礎(chǔ)也發(fā)生破壞，基礎(chǔ)發(fā)生的破壞形式為滑移、下沉、斷裂。

2 橋梁抗震設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

(1)盡量減小結(jié)構(gòu)的自重，降低結(jié)構(gòu)的重心，以降低地震對(duì)結(jié)構(gòu)物的沖擊和內(nèi)力;

(2)提高穩(wěn)定性，盡量使結(jié)構(gòu)物的剛度中心和質(zhì)量中心合二為一，以降低因扭轉(zhuǎn)而增 加的地震力;

(3)合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)物的長度和高度，以降低各個(gè)部位的不同性質(zhì)的振動(dòng)引起的破壞作用;

(4)在規(guī)范允許的范圍內(nèi)降低結(jié)構(gòu)剛度，通過延性材料的使用提高結(jié)構(gòu)物的變形能力，以降低地震的沖擊;

(5)重視地基的調(diào)整和處理，以降低地基變形的幅度和預(yù)防地基失效。

如果結(jié)構(gòu)的剛度對(duì)稱，則抗震能力相對(duì)于結(jié)構(gòu)剛度不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)物來說要強(qiáng)，不等跨的橋梁更容易發(fā)生震害。尤其是橋內(nèi)墩身的高度差距較大，這樣就會(huì)在較矮的橋墩上產(chǎn)生過大的地震水平力。如果跨徑不同，那么在大跨徑的橋孔的橋墩上會(huì)產(chǎn)生較大的地震力。所以在設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量防止在地震高發(fā)區(qū)采用跨徑不同的橋型，若必須使用該種橋型，則應(yīng)在受地震力較大的橋墩上設(shè)置消能措施，用以減輕橋墩頂部集成剛度，目前普遍使用的方法為設(shè)抗震支座。

通過對(duì)橋梁抗震性進(jìn)行分析，有些結(jié)構(gòu)不應(yīng)該在地震區(qū)的要提出更改修建，剖析原有結(jié)構(gòu)的抗震能力，在其基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)適應(yīng)當(dāng)?shù)氐卣鹱饔玫男陆Y(jié)構(gòu)型。進(jìn)一步來講，抗震結(jié)構(gòu)并不是按照地震發(fā)生時(shí)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、移動(dòng)的位置計(jì)算得出的數(shù)字進(jìn)行驗(yàn)算，而是從設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震能力為目標(biāo)，全面考慮結(jié)構(gòu)的整體性能設(shè)計(jì)。

3 橋梁抗震設(shè)計(jì)措施

3.1 抗震概念設(shè)計(jì)

地震的發(fā)生具有很大的不確定性，發(fā)生的形式也多種多樣，在設(shè)計(jì)階段的計(jì)算也會(huì)與實(shí)際情況有很大的出入，這就增加了控制結(jié)構(gòu)的抗震性能的困難。在橋梁的方案設(shè)計(jì)階段，不能局限于功能和外觀以及靜力分析對(duì)方案進(jìn)行選擇，還要綜合考慮橋梁的抗震能力，盡量選用優(yōu)良的抗震結(jié)構(gòu)形式。抗震概念設(shè)計(jì)階段，一定要高度重視上部和下部的結(jié)構(gòu)連接處等薄弱部位的設(shè)計(jì)，橋墩的形式、孔洞處連接部位的設(shè)計(jì)等的選擇。

結(jié)合橋梁所在地的現(xiàn)場(chǎng)條件，對(duì)方案進(jìn)行動(dòng)力特性分析和地震反應(yīng)評(píng)估，看方案是否能夠承受規(guī)定的抗震等級(jí)，通過配筋和構(gòu)造設(shè)計(jì)用以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震薄弱部位的剛度，確保橋梁的整體抗震性能。在最后，根據(jù)分析和評(píng)估的最終結(jié)果，確定抗震結(jié)構(gòu)體系的好壞，進(jìn)而確定是不是要修改橋梁設(shè)計(jì)方案。

3.2 新型橋梁抗震設(shè)計(jì)措施

傳統(tǒng)的橋梁抗震設(shè)計(jì)主要是從強(qiáng)度和延性兩個(gè)方面來增加橋梁的抗震能力，使橋梁能夠承受更大更猛烈的地震沖擊。但是現(xiàn)在還不能清楚明確地認(rèn)識(shí)橋梁結(jié)構(gòu)的抗震能力，更不用說地震作用，所以，在地震發(fā)生時(shí)，很多的橋梁結(jié)構(gòu)都受到嚴(yán)重?fù)p害，甚至倒塌。為了避免這類事故的再次發(fā)生，工程師改用型鋼混凝土，這種結(jié)構(gòu)比鋼筋混凝土有更明顯的優(yōu)勢(shì)。型鋼混凝土的承載力是相同外形的鋼筋混凝土構(gòu)件的承載力的2 倍以上，并且具有較好的抗剪能力，有比鋼筋混凝土更好的延性，將橋梁變形控制在較小的范圍內(nèi)，提高了公路橋梁結(jié)構(gòu)的安全性，這些優(yōu)點(diǎn)集在一起，使型鋼混凝土有突出的抗震能力。

4 總 結(jié)

雖說地震還是不可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的，但只要我們認(rèn)真研究地震對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的破壞規(guī)律和抗震機(jī)理，在橋梁設(shè)計(jì)中充分考慮各方面的因素，設(shè)計(jì)不斷完美的抗震方案，采用高效的措施用以提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗震能力，嚴(yán)格遵循抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)，就一定可以將地震帶來的損害減小到最低。

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