橋梁抗震設(shè)計(jì)及要點(diǎn)分析

胡志剛　于長久

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的道路橋梁行業(yè)取得了巨大進(jìn)步。橋梁作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要載體，其強(qiáng)度和穩(wěn)定性極為重要。近年來，我國部分地區(qū)地震災(zāi)害頻繁發(fā)生，許多橋梁在地震作用下受到較嚴(yán)重的破壞，不僅帶來巨大的財(cái)產(chǎn)損失，人民群眾的生命安全也受到了威脅。所以在橋梁建設(shè)過程中，需要對(duì)橋梁抗震設(shè)計(jì)的要點(diǎn)進(jìn)行分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)抗震設(shè)計(jì)中存在的不足之處，強(qiáng)化橋梁的抗震能力。文中從地震對(duì)橋梁的破壞原因入手，對(duì)橋梁的抗震設(shè)計(jì)原理及抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步對(duì)橋梁抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了具體的闡述。

關(guān)鍵詞：橋梁；抗震設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)原理；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

前言

近年來，各種自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，特別是地震發(fā)生后所帶來的破壞，給人們的生命財(cái)產(chǎn)帶來了巨大損失，所以做好抗震防災(zāi)至關(guān)重要。在地震災(zāi)害發(fā)生后，公路橋梁往往會(huì)受到較大的破壞，無法在第一時(shí)間進(jìn)行抗震救災(zāi)。特別是橋梁作為交通的樞紐，其在設(shè)計(jì)時(shí)如果抗震設(shè)計(jì)達(dá)不到規(guī)定的要求，則在地震中抗震能力會(huì)較弱，受到的破壞也較大。所以為了確保橋梁具有較好的抗震強(qiáng)度和穩(wěn)定性，則需要在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)抗震能力做出較高的要求，并進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)橋梁抗震性能的研究，確保橋梁工程具有良好的抗震能力，能夠承載地震所帶來的災(zāi)害侵蝕，充分的發(fā)揮其交通樞紐的作用。

1 地震對(duì)橋梁的破壞原因分析

1.1 橋臺(tái)

往往在地震發(fā)生后，橋臺(tái)與路基會(huì)發(fā)生滑移的情況，從而導(dǎo)致樁柱式橋臺(tái)的樁柱出現(xiàn)傾斜、拆斷和開裂的現(xiàn)象。而一些重力式橋臺(tái)，在地震發(fā)生時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)胸墻開裂及臺(tái)體移動(dòng)等情況，同時(shí)橋頭引道也會(huì)發(fā)生沉降，施工縫錯(cuò)開等。

1.2 橋墩

橋墩破壞主要表現(xiàn)為橋墩沉降、傾斜、移位，墩身開裂、剪斷，受壓緣混凝土崩潰，鋼筋裸露屈曲，橋墩與基礎(chǔ)連接處開裂、折斷等。

1.3 支座

由于橋梁支座在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)抗震性能考慮不周，因此在地震作用下，支座會(huì)出現(xiàn)較大的位移和變形，很多時(shí)候極易導(dǎo)致支座錨固螺栓剪斷及支座脫落、破壞等情況發(fā)生，使結(jié)構(gòu)力在傳遞形式上發(fā)生較大的變化，從而使其他結(jié)構(gòu)部位發(fā)生損壞。

1.4 主梁

地震力作用下，橋臺(tái)、橋墩等出現(xiàn)傾斜及倒塌等情況，從而導(dǎo)致支座受到不同程度破壞，梁體發(fā)生碰撞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致主梁發(fā)生墜梁。

1.5 地基與基礎(chǔ)

橋梁在地震力作用下出現(xiàn)倒塌，多數(shù)情況下是由于地基與基礎(chǔ)受到嚴(yán)重破壞所導(dǎo)致的，而且這種情況下要想在地震后對(duì)橋梁進(jìn)行修復(fù)也存在較大的難度。在地震力作用下，地基砂土?xí)霈F(xiàn)液化、基礎(chǔ)沉降及穩(wěn)定性較差等情況發(fā)生，而且地面也會(huì)有較大的變形出現(xiàn)，從而導(dǎo)致地層出現(xiàn)不同程度的滑移、下沉等，最終地基受到較大的破壞。

1.6 橋梁結(jié)構(gòu)

當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造及連接會(huì)出現(xiàn)不同程度的損壞，而且橋臺(tái)臺(tái)后填土也會(huì)出現(xiàn)較大的位移，這就會(huì)導(dǎo)致橋臺(tái)出現(xiàn)不同程度的沉降，橋墩會(huì)由于受到過大的扭矩而被破壞，從而導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)破損。

2 橋梁的抗震設(shè)計(jì)原理

2.1 靜力法

由于靜力法設(shè)計(jì)時(shí)是將橋梁結(jié)構(gòu)本身動(dòng)力特性對(duì)結(jié)構(gòu)所帶來的影響忽略掉，而將地震加速度看作是橋梁結(jié)構(gòu)受到破壞的唯一因素，這就導(dǎo)致這種設(shè)計(jì)原理在應(yīng)用過程中只對(duì)絕對(duì)剛性的物體才能有效果，具有較大的局限性。

2.2 反應(yīng)譜法

目前我國的公路及鐵路橋梁均主要采用反應(yīng)譜方法。反應(yīng)譜法的思路是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力特性分析（固有頻率，主振型），對(duì)各主振動(dòng)應(yīng)用譜曲線作某強(qiáng)震記錄的最大地震反應(yīng)計(jì)算，最后一般通過統(tǒng)計(jì)理論對(duì)各主振型最大反應(yīng)值進(jìn)行組合，近似求得結(jié)構(gòu)的整體最大反應(yīng)值。

2.3 動(dòng)態(tài)時(shí)程分析法

動(dòng)態(tài)時(shí)程分析法是上世紀(jì)六十年代以后伴隨有限元法、計(jì)算機(jī)技術(shù)兩方面的發(fā)展而出現(xiàn)的。該法把大型橋梁結(jié)構(gòu)離散成多節(jié)點(diǎn)、多自由度的結(jié)構(gòu)有限元?jiǎng)恿τ?jì)算模型，將地震強(qiáng)迫振動(dòng)的激振（地震加速度時(shí)程）直接輸入，借助計(jì)算機(jī)逐步積分求解結(jié)構(gòu)反應(yīng)時(shí)程。

3 橋梁的抗震設(shè)計(jì)

3.1 對(duì)常規(guī)的簡支橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)橋面的連續(xù)構(gòu)造，以及需提供足夠的加固寬度以防止主梁發(fā)生位移落梁，另外還應(yīng)適當(dāng)?shù)募訉挾张_(tái)頂蓋梁及支座的寬度，并增設(shè)防止位移的隔擋裝置。對(duì)采用橡膠支座而無固定支座的橋跨，應(yīng)加設(shè)防移角鋼或設(shè)擋軌，作為支座的抗震設(shè)計(jì)。

3.2 在地震區(qū)的橋梁結(jié)構(gòu)以采用跨度相等、每聯(lián)連續(xù)跨內(nèi)下部墩身剛度相等為宜?？缍炔痪丈韯偠炔坏葮O易發(fā)生震害。對(duì)各墩高度相差較大的情況可采用調(diào)整墩頂支座尺寸和樁頂設(shè)允許墩身位移的套筒來調(diào)整各墩的剛度，以便使剛度盡量保持一致。地震區(qū)橋跨不宜太長，大跨度意味著墩柱承受的軸向力過大，從而降低墩柱的延性力。

3.3 對(duì)高烈度區(qū)的橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)在縱向設(shè)置一定的消能裝置，如采用減、隔震支座，以及在梁體和墩臺(tái)的連接處增加結(jié)構(gòu)的柔性和阻尼以便共同受力和減小水平橋梁荷載。

3.4 由于拱橋?qū)χё轿灰剖置舾?，而兩邊橋臺(tái)的非同步激振會(huì)引起較大的偽靜力反應(yīng)，有時(shí)甚至?xí)笥趹T性力所引起的動(dòng)力反應(yīng)，因此要求震區(qū)的拱橋墩臺(tái)基礎(chǔ)務(wù)必設(shè)置于整體巖盤或同一類型的場址以保證震時(shí)各支座的同步激振。

3.5 墩柱設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能的使用螺旋形箍筋，以便為墩柱提供足夠的約束。另外墩身及基礎(chǔ)的縱向鋼盤伸入蓋梁和承臺(tái)應(yīng)有一定的錨固長度以增強(qiáng)連接點(diǎn)的延性，并且，橋墩基腳處應(yīng)有足夠的抵抗墩柱彎矩與剪切力的能力，不允許有塑性鉸接。

3.6 采用上部結(jié)構(gòu)和橋墩完全連接的剛構(gòu)體系，并且樁尖穿過可液化層達(dá)到堅(jiān)硬土層上，由于結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù)增大和堅(jiān)實(shí)的樁尖承載能力的保證，減少了由于土壤變形而失效的可能性。

4 橋梁抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 在進(jìn)行橋梁抗震設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、延性變形、結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性等方面進(jìn)行多級(jí)設(shè)防，且都要達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求，只有這樣才能確保橋梁抗震性能能夠達(dá)到預(yù)期的效果。

4.2 在進(jìn)行橋梁抗震設(shè)計(jì)時(shí)，由于一些結(jié)構(gòu)對(duì)于地震區(qū)不具有適應(yīng)性，所以在地震區(qū)內(nèi)這類結(jié)構(gòu)不宜進(jìn)行修建，因此需要強(qiáng)化對(duì)抗震性能的研究，確保所建設(shè)的結(jié)構(gòu)能夠更好的適應(yīng)地震的作用力。另外在進(jìn)行橋梁抗震設(shè)計(jì)時(shí)，無論是對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的驗(yàn)算還是變位的驗(yàn)算都不應(yīng)被動(dòng)進(jìn)行，需要對(duì)結(jié)構(gòu)行為能力的設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)考慮，從設(shè)計(jì)方面更好的提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。

4.3 為了更好的提高橋梁抗震性能，則需要強(qiáng)化對(duì)抗震延性的研究。由于在地震作用力下，大量的高架橋都出現(xiàn)了倒塌的現(xiàn)象，所以需要充分的利用約束混凝土的概念，加強(qiáng)對(duì)抗震支座及各種形式橋墩的延性研究，從而有效的提高抗震延性，減少橋梁在地震力作用下倒塌事故的發(fā)生。

4.4 在地震區(qū)內(nèi)進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，需要從地震區(qū)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防出發(fā)，針對(duì)地裂、邊坡倒塌及沙土液化時(shí)所給橋梁結(jié)構(gòu)帶來的影響進(jìn)行深入的分析，從而采取科學(xué)的抗震設(shè)防等級(jí)，確保橋梁的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

地震作為自然災(zāi)害，目前還無法準(zhǔn)確的進(jìn)行提前預(yù)測，但我們可以提前采取相應(yīng)的預(yù)防措施，以減少地震所帶來的損失發(fā)生。所以在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分的考慮到地震對(duì)結(jié)構(gòu)所帶來的破壞規(guī)律，針對(duì)具體的地質(zhì)環(huán)境條件來制定科學(xué)、合理及經(jīng)濟(jì)的抗震措施，盡可能的降低地震所帶來的影響。

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