現(xiàn)階段公路橋梁設(shè)計及其抗震優(yōu)化的探究

廖維均

(身份證：522123198605221018)

現(xiàn)階段公路橋梁設(shè)計及其抗震優(yōu)化的探究

廖維均

(身份證：522123198605221018)

改革開放以來，隨著我國交通事業(yè)的飛速發(fā)展，公路橋梁建設(shè)逐漸成為了當(dāng)前社會發(fā)展的重要部分，公路橋梁作為公路交通運(yùn)輸?shù)囊粋€重要組成部分，其設(shè)計的好壞不但關(guān)系到公路橋梁的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，還會對國家的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)造成重大影響，本文主要對現(xiàn)階段公路橋梁設(shè)計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

一、公路橋梁設(shè)計的基本原則

1、耐久性的要求

通常，公路橋梁在建造和使用過程中，不僅由于建造公路橋梁采用的材料性能會逐漸的退化，同時也會承受車輛、風(fēng)、地震、超載以及人為因素等外來作用的影響，進(jìn)而造成公路橋梁結(jié)構(gòu)受到不同程度的損傷。因此，公路橋梁必須具有其耐久性，才能滿足長期的使用要求。

2、適用性的要求

對于公路橋梁適用性的要求主要包括：確保行人、行車的安全、行車舒暢；公路橋梁不僅可以符合當(dāng)前需要，也可以滿足未來的發(fā)展；對于那些跨越河流或者線路的橋梁，則不能妨礙河流的通航或者線路的正常交通等等。

3、安全性的要求

通常，公路橋梁的安全不僅包括公路橋梁上的行人與過往車輛的安全，同時也包括公路橋梁本身的安全。因此，在公路橋梁的設(shè)計工作中最基本的要求就是投入運(yùn)用年限內(nèi)，能承受各種自然情況和荷載作用，并保持一定的安全性。

4、經(jīng)濟(jì)性的要求

在安全、適用、耐久性要求的前提下，經(jīng)濟(jì)性是影響公路橋梁設(shè)計的主要因素。在公路橋梁設(shè)計中，需要綜合考慮各種設(shè)計方案的優(yōu)缺點(diǎn)，細(xì)致的探討技術(shù)上的可行性以及經(jīng)濟(jì)上的合理性。

二、公路橋梁結(jié)構(gòu)震害及其原因分析

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析表明，在公路橋梁工程中根據(jù)震害破壞部位的不同，主要可分為以下幾種形式：

1、橋梁墩柱的震害

這類震害主要表現(xiàn)為：橋墩沉降、傾斜、移位，墩身開裂、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)度來抵抗地震力的影響，當(dāng)?shù)卣鹆Τ銎涑休d范圍時，就容易產(chǎn)生剪切破壞。

2、橋梁上部結(jié)構(gòu)的震害

這類震害，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，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)的移位超過了臺、墩等的支撐面時就容易會產(chǎn)生嚴(yán)重的落粱震害，其原因是由于墩臺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，使得梁與墩臺之間產(chǎn)生相對位移，移位較大時就容易出現(xiàn)落梁現(xiàn)象。

3、附屬工程的震害

這類震害，通常發(fā)生在橋梁的主梁與下部墩柱以及橋臺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、臺胸墻剪斷等。

4、地基基礎(chǔ)的震害

這類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。

三、公路橋梁設(shè)計中抗震設(shè)計要點(diǎn)

1、抗震概念設(shè)計

抗震橋梁設(shè)計時，應(yīng)對動力特征進(jìn)行簡單分析和對震力進(jìn)行預(yù)測，找到橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的薄弱部位進(jìn)行加固；然后對上、下部結(jié)構(gòu)連接部位和過渡孔處連接部位及塑性鉸預(yù)期部位和橋墩形式的選取、構(gòu)造設(shè)計等進(jìn)行分析同時做出相應(yīng)的補(bǔ)救措施，防治橋梁出現(xiàn)坍塌，來保證橋梁結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、抗震安全性和選擇結(jié)構(gòu)體系正確性。最后，應(yīng)根據(jù)分析結(jié)果對抗震性能的好壞進(jìn)行綜合性評定，根據(jù)分析結(jié)果再對設(shè)計方案進(jìn)行不斷的修改和完善，力求達(dá)到最佳。

2、延性抗震設(shè)計

橋梁的抗震設(shè)計，要對預(yù)期會出現(xiàn)的塑性鉸部位進(jìn)行配筋設(shè)計計算，對其進(jìn)行加固和防護(hù)；同時為保證抗震安全性，對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，直到通過抗震能力檢測?？紤]多數(shù)條件，多種墩高和場地及多種地震烈度的情況， 在進(jìn)行橋墩線彈性最大彎矩比和非線性位移延性比參數(shù)的變化規(guī)律分析是通過大量數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計和計算得到的，根據(jù)隨機(jī)地震反應(yīng)理論和動力計算，總結(jié)出估算解決橋墩位移延性的方法，降低地震所造成的危害。

3、橋梁減、隔震設(shè)計

進(jìn)行橋梁減震和隔震設(shè)計可以較好地提高橋梁抗震能力，并且具有簡便、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。減隔震支座的設(shè)計裝置使得結(jié)構(gòu)消耗的能量較少同時增大結(jié)構(gòu)的振型周期，降低了地震時的震波頻率，良好的自我復(fù)位能力結(jié)合了結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選取適當(dāng)?shù)慕ㄔO(shè)方案，建立相應(yīng)的建造參數(shù)，合理有效的使得結(jié)構(gòu)地震的反應(yīng)程度降低，使地震后橋梁上部結(jié)構(gòu)基本能夠恢復(fù)到原來的位置，最大程度的減少了橋梁建筑損失程度。

4、拉索式橋梁梁板連梁裝置設(shè)計

首先根據(jù)拉索容許抗拉力來確定公路橋梁拉索式設(shè)計的拉索數(shù)量，我們假定某受力面上的拉索平均分擔(dān)設(shè)計地震荷載沖擊力， 然后就可以通過公式來確定：每根拉鎖承受的設(shè)計荷載=橋梁梁板連梁裝置設(shè)計地震沖擊最大破壞力/拉鎖數(shù)量?Q拉索設(shè)計抗拉力。

5、橋梁梁板連梁裝置設(shè)計的移動量

公路橋梁的橋梁梁板連梁裝置的設(shè)計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)以下公式計算：橡膠支座的允許剪切變形量?Q橋梁（使用橡膠支座）橋梁梁板連梁裝置的設(shè)計縱向移動量，橫向位移主要由橋梁抗震檔塊控制。

6、橋梁緩沖裝置的設(shè)計

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=橋梁梁板連梁裝置的設(shè)計地震最大破壞力/緩沖裝置橡膠的受壓面積。橋梁垂直豎向緩沖可結(jié)合橋梁橡膠支座綜合設(shè)計。

四、公路橋梁抗震優(yōu)化對策

1、采用橋梁延性控制法

橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計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)生彈塑性變形來延長結(jié)構(gòu)周期，達(dá)到分散地震的能量的目的。

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)的柔性和阻尼來降低橋梁的地震反應(yīng)帶來的影響，是當(dāng)前抗震設(shè)計中應(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，同時增加對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，抗震性能會加倍。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、臺所受的水平地震力帶來的影響，達(dá)到提高了橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能的目的。

3、引進(jìn)新型橋梁的抗震設(shè)計方法

在以往的橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，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，橋梁依然受到了損害。所以，引進(jìn)新型的橋梁抗震設(shè)計法勢在必行?，F(xiàn)階段，在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中我們開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。

五、結(jié)束語

總之，公路橋梁作為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的生命線，與人們的生活息息相關(guān)并發(fā)揮著重要的作用。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和綜合國力的增強(qiáng)，人們對公路橋梁建設(shè)提出了更高的要求。如何進(jìn)一步提高公路橋梁的各項(xiàng)功能和橋梁抗震構(gòu)造措施改進(jìn)和成為了當(dāng)前我們參建部門需要認(rèn)真探討的課題。

[1]陳虎.橋梁抗震概念設(shè)計[J].國外建材科技,2004(2)

[2]龔繼銑.淺談公路橋梁的防震設(shè)計.科技資訊，2009年18期

[3]徐旭東.公路橋梁設(shè)計與抗震措施的探討[J].科技信息.2010.20

TU7

B

1007-6344（2016）08-0097-01