現(xiàn)階段公路橋梁設(shè)計(jì)及其抗震優(yōu)化的探究

梁 祥，武圣章

(1.上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院江西分院，江西 330000；2.江西省公路科研設(shè)計(jì)院，江西 330000)

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現(xiàn)階段公路橋梁設(shè)計(jì)及其抗震優(yōu)化的探究

梁 祥1，武圣章2

(1.上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院江西分院，江西 330000；2.江西省公路科研設(shè)計(jì)院，江西 330000)

隨著我國(guó)交通事業(yè)的飛速發(fā)展，公路橋梁建設(shè)逐漸成為了當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的重要部分，公路橋梁作為公路交通運(yùn)輸?shù)囊粋€(gè)重要組成部分，其設(shè)計(jì)的好壞不但關(guān)系到公路橋梁的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，還會(huì)對(duì)國(guó)家的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)造成重大影響，本文主要對(duì)現(xiàn)階段公路橋梁設(shè)計(jì)及其提高抗震能力的措施進(jìn)行探討。

公路橋梁；抗震設(shè)計(jì)

1 公路橋梁結(jié)構(gòu)震害及其原因分析

1.1 橋梁上部結(jié)構(gòu)的震害

這類(lèi)震害，根據(jù)其產(chǎn)生原因一般可以分為移位震害和結(jié)構(gòu)震害，其中移位震害的比較常見(jiàn)，一般容易出現(xiàn)在設(shè)有伸縮縫的位置，其主要表現(xiàn)為上部結(jié)構(gòu)的橫向移位、縱向移位以及扭轉(zhuǎn)。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)的移位超過(guò)了臺(tái)、墩等的支撐面時(shí)就容易會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的落粱震害，其原因是由于墩臺(tái)的支承寬度不夠或限位構(gòu)造不牢導(dǎo)致，在地震力的影響下，使得梁與墩臺(tái)之間產(chǎn)生相對(duì)位移，移位較大時(shí)就容易出現(xiàn)落梁現(xiàn)象。

1.2 橋梁墩柱的震害

這類(lèi)震害主要表現(xiàn)為：橋墩沉降、傾斜、移位，墩身開(kāi)裂、剪斷，鋼筋裸露屈曲等等。其震害的主要特征是：塑性鉸破壞和剪切破壞，通常柔性橋墩容易產(chǎn)生塑性鉸破壞，主要出現(xiàn)在墩柱底部、頂部和墩柱與系梁連接處，在地震力的影響下容易導(dǎo)致塑性混凝土剝落、破碎，從而失去承載能力；而剪力破壞則主要表現(xiàn)在剛性橋墩上，由于橋墩的變形能力小，主要以剛性強(qiáng)度來(lái)抵抗地震力的影響，當(dāng)?shù)卣鹆Τ銎涑休d范圍時(shí)，就容易產(chǎn)生剪切破壞。

1.3 附屬工程的震害

這類(lèi)震害，通常發(fā)生在橋梁的主梁與下部墩柱以及橋臺(tái)連接處都是最為脆弱的部位。在受到地震力的影響下，如果附屬工程沒(méi)有一定的限位承受力就容易產(chǎn)生震害現(xiàn)象，其主要表現(xiàn)為擋塊碰撞破壞、伸縮縫拉斷、支座脫離主梁、臺(tái)胸墻剪斷等。

1.4 地基基礎(chǔ)的震害

這類(lèi)震害通常是受到地震力的影響，地基很容易受到破壞，主要是指地震作用下因砂土液化、不均勻沉降及穩(wěn)定性不夠等因素導(dǎo)致的地層水平滑移、下沉、斷裂，而地基的破壞一般都會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)的破壞，主要表現(xiàn)為基礎(chǔ)的移位、傾斜、下沉、折斷和塑性鉸破壞。

2 公路橋梁設(shè)計(jì)中抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 橋梁上部結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

加強(qiáng)公路橋梁的上部結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，其主要目的是通過(guò)提高橋梁上部結(jié)構(gòu)的整體性，來(lái)對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)發(fā)生的位移進(jìn)行限制，以提高其抗震性能。因此，在橋梁上部結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中，為了減少了橋梁的伸縮縫，并降低橋梁因橋跨分離而發(fā)生位移的風(fēng)險(xiǎn)，甚至引發(fā)落梁事故，因此對(duì)于主梁的設(shè)計(jì)可以用連續(xù)梁來(lái)代替簡(jiǎn)支梁。倘若由于施工條件的影響必選用多跨簡(jiǎn)支梁時(shí)，那么就可以將其設(shè)計(jì)成為先簡(jiǎn)支后連續(xù)、結(jié)構(gòu)連續(xù)的構(gòu)造，并采用連續(xù)性的橋面，進(jìn)而加強(qiáng)梁間的縱向與橫向的聯(lián)系。

2.2 橋梁下部結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

在橋梁下部結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中，通常都采用重力式T形或U形結(jié)構(gòu)來(lái)作橋臺(tái)的截面形式，它與帶耳墻的埋置式橋臺(tái)和柱式橋臺(tái)相比，具有抗震性能好，施工便捷，造價(jià)成本低的特點(diǎn)。此外，還需要考慮橋墩的延性，通?？梢圆捎煤侠淼脑O(shè)計(jì)來(lái)提升橋墩的延性，使之在地震力的作用下可以形成比較穩(wěn)定的延性、塑性鉸，從而產(chǎn)生彈性變形來(lái)以分散地震力的影響。

2.3 橋梁連接件的抗震設(shè)計(jì)

在橋梁結(jié)構(gòu)抗震中，在支座和伸縮縫等薄弱部位都容易受到地震力的影響。因此，在對(duì)橋梁連接件部位進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，我們要盡量降低伸縮縫數(shù)量，而且，在伸縮縫的設(shè)計(jì)中，要求它的支承面有一定的變形力和寬度，來(lái)應(yīng)對(duì)在地震力影響下產(chǎn)生的位移。

2.4 橋梁結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)

在橋梁設(shè)計(jì)中需要注意，首先合理的設(shè)置橋梁結(jié)構(gòu)的重心高度，減小橋梁的自重，從而減少橋梁的內(nèi)應(yīng)力，達(dá)到提升橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；其次合理的設(shè)置橋梁結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度與高度，減少橋梁結(jié)構(gòu)各個(gè)部位之間的震動(dòng)差異；再次合理的設(shè)置橋梁結(jié)構(gòu)的剛度，采用延性材料來(lái)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的變形能力，并最大程度上調(diào)整好橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心和剛度中心的重合，從而來(lái)減少地震的附加地震力；最后加強(qiáng)對(duì)地基的處理，盡量避免地基的變形而帶來(lái)不必要的影響。

3 公路橋梁抗震優(yōu)化對(duì)策

3.1 采用橋梁延性控制法

在橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)中橋梁的延性減震也是十分普遍的方法，其主要做法是加強(qiáng)橋墩某些部位的延性，讓這些部位在地震作用下依然能夠形成穩(wěn)定延性塑性鉸，進(jìn)而產(chǎn)生彈塑性變形來(lái)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期，達(dá)到分散地震的能量的目的。

3.2 采用隔震支座和阻尼器相結(jié)合的系統(tǒng)

利用增加公路橋梁結(jié)構(gòu)的柔性和阻尼來(lái)降低橋梁的地震反應(yīng)帶來(lái)的影響，是當(dāng)前抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛的手段。隔震支座法能夠有效的加強(qiáng)橋梁的抗震性能，同時(shí)增加對(duì)地震力的阻尼也能夠有效的提升橋梁抗震性能，將二者結(jié)合起來(lái)，抗震性能會(huì)加倍。隔震支座和阻尼器可以在地震的作用下，加強(qiáng)橋墩的彈塑性變形從而耗散地震能量，從而有效的降低橋梁墩、臺(tái)所受的水平地震力帶來(lái)的影響，達(dá)到提高了橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能的目的。

3.3 引進(jìn)新型橋梁的抗震設(shè)計(jì)方法

在以往的橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，我們主要采用提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)延性的方法來(lái)保障橋梁結(jié)構(gòu)抗震能力。但是這種方法在實(shí)際應(yīng)用中有一定的局限性，由于地震的影響力與橋梁的抗震能力都是未知的，因此，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，橋梁依然受到了損害。所以，引進(jìn)新型的橋梁抗震設(shè)計(jì)法勢(shì)在必行?，F(xiàn)階段，在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中我們開(kāi)始采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，這種型鋼混凝土結(jié)構(gòu)具有承載能力強(qiáng)、抗剪能力強(qiáng)、延性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此，逐漸被廣泛應(yīng)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，公路橋梁作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的生命線(xiàn)，與人們的生活息息相關(guān)并發(fā)揮著重要的作用。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和綜合國(guó)力的增強(qiáng)，人們對(duì)公路橋梁建設(shè)提出了更高的要求。

[1] 陳虎.橋梁抗震概念設(shè)計(jì)[J].國(guó)外建材科技，2004，(2).

[2] 魯明.淺談現(xiàn)代城市道路設(shè)計(jì)理念[J].黑龍江交通科技，2015，(11).

2016-03-11

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1008-3383(2016)11-0104-02