公路橋梁設(shè)計(jì)與抗震措施分析

劉　星

（寧夏銀川公路勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，寧夏 銀川 750001）

公路橋梁設(shè)計(jì)與抗震措施分析

劉星

（寧夏銀川公路勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，寧夏 銀川 750001）

公路工程的建設(shè)方便了人們出行，更加為我國的現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)健康的發(fā)展提供了交通保障，當(dāng)時(shí)作為公路路線重要組成部分的橋梁，它的質(zhì)量與防震能力一直都是建設(shè)公路質(zhì)量保障的重要因素。橋梁建設(shè)不但造價(jià)高，而且在建設(shè)與修復(fù)的過程困難系數(shù)較大。因此，需要采取科學(xué)合理的措施使公路橋梁的使用年限被延長。本文對公路橋梁的抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步對提高抗震設(shè)計(jì)可以采取的措施進(jìn)行了探析。

公路橋梁；設(shè)計(jì)；抗震；措施

我國經(jīng)濟(jì)不斷得到發(fā)展，交通也在日益得到完善。公路建設(shè)工程行業(yè)的興起為我國的交通事業(yè)做了很大的貢獻(xiàn)。交通運(yùn)輸路線的暢通為我國現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了有利條件，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在實(shí)際建設(shè)中難免由于區(qū)域地形的影響，公路建設(shè)無法正常進(jìn)行，此時(shí)便不可避免的要進(jìn)行橋梁建設(shè)進(jìn)而使兩處不同的公路得到貫通。因此，作為公路路線重要組成部分的橋梁的使用壽命和橋梁的設(shè)計(jì)有著十分密切的關(guān)系。

橋梁建設(shè)工程的難度系數(shù)高，而修復(fù)更加困難。若出現(xiàn)共震與地震（尤其是地震）對橋梁會有不同程度的損害，地震更是導(dǎo)致橋梁損壞的直接原因。對公路橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)抗震能力設(shè)計(jì)與抗震加固措施是考慮的首要因素，同時(shí)也是公路橋梁建設(shè)竣工投入使用后最為關(guān)注的內(nèi)容?？茖W(xué)合理地對橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工，并對橋梁的抗震功能加強(qiáng)檢查、維修以及加固，以保證公路橋梁可以經(jīng)常處于完好狀態(tài)，從而使公路交通暢通無阻，并延長它的使用年限。

一、公路橋梁抗震設(shè)計(jì)分析

對于公路橋梁的設(shè)計(jì)主要包括抗震概念設(shè)計(jì)、延性抗震設(shè)計(jì)、減震、隔震設(shè)計(jì)、建設(shè)場地的選擇、裝置設(shè)計(jì)、裝置設(shè)計(jì)的移動量以及橋梁緩沖裝置的設(shè)計(jì)7項(xiàng)內(nèi)容。下面進(jìn)行一一分析。

1.公路橋梁抗震設(shè)計(jì)中抗震概念設(shè)計(jì)分析

概念設(shè)計(jì)離不開力學(xué)知識為依據(jù)，在對橋梁功能與結(jié)構(gòu)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)時(shí)要加入力學(xué)知識分析為做到優(yōu)秀的概念設(shè)計(jì)并設(shè)計(jì)出獨(dú)特的橋梁防震結(jié)構(gòu)體系奠定基礎(chǔ)。對橋梁的動力與震力進(jìn)行分析與預(yù)測，以便在對橋梁的抗震設(shè)計(jì)時(shí)找到橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較薄弱的地方進(jìn)而采取措施進(jìn)行加固；然后對橋梁的上部與下部結(jié)構(gòu)連接處與過渡孔處的連接地方以及在塑性鉸預(yù)期部位與橋墩形式的選取和構(gòu)件設(shè)計(jì)等方面分析，并對這些部位的問題進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)救措施的準(zhǔn)備，預(yù)防橋梁發(fā)生坍塌事故，從而使橋梁結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、抗震安全性以及結(jié)構(gòu)體系的選擇正確性得到保證。最后，依據(jù)分析結(jié)果對橋梁抗震性能好壞綜合進(jìn)行評定，再根據(jù)評定結(jié)果對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改和完善，最終達(dá)到最佳的效果。

2.公路橋梁抗震設(shè)計(jì)中延性抗震設(shè)計(jì)分析

在對公路橋梁進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，對預(yù)期可能會出現(xiàn)的塑性鉸部位的配筋設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算，并進(jìn)行加固與防護(hù)措施。為了使抗震安全性得到保證，有必要對橋梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仔細(xì)分析，直至符合抗震能力檢測的標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過多種情況的對比，若出現(xiàn)多種墩高與場地以及多種地震烈度的情況，通過對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)與計(jì)算得到橋墩線彈性的最大彎矩比與非線性位移延性比的參數(shù)的變化規(guī)律。通過依據(jù)隨機(jī)地震反應(yīng)理論與動力的計(jì)算，對橋墩位移的延性估算方法得以總結(jié)，從而對地震所造成的危害進(jìn)行降低。

3.公路橋梁抗震設(shè)計(jì)中橋梁減、隔震分析

在進(jìn)行公路橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，減震、隔震能力尤為重要，進(jìn)行減震、隔震設(shè)計(jì)不但可以使橋梁的抗震能力得到提高，而且這種技術(shù)也操作簡便、技術(shù)先進(jìn)又經(jīng)濟(jì)。進(jìn)行減震、隔震支座的設(shè)計(jì)裝置使結(jié)構(gòu)消耗能量變小，但可以使結(jié)構(gòu)振型的周期加大，遇到地震時(shí)產(chǎn)生的震波頻率降低，在自我復(fù)位能力良好并與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選取建設(shè)方案相結(jié)合的前提下，對建造參數(shù)進(jìn)行建立，促使結(jié)構(gòu)地震出現(xiàn)的反應(yīng)程度得到降低，確保地震發(fā)生后公路橋梁上部分結(jié)構(gòu)幾乎可以回歸到原來的位置，使橋梁的建筑損失得到控制。

4.公路橋梁抗震對場地的選擇分析

進(jìn)行橋梁建設(shè)前，要選擇對抗震有利的地理位置。比如區(qū)域土壤條件較好、堅(jiān)實(shí)的地段等。對橋梁抗震不利的地段主要指的是發(fā)生地震過程中容易出現(xiàn)陷落的比較松軟的地段和土壤的成因、巖石的狀態(tài)以及性質(zhì)都非常不明顯的地段。若由于特殊原因必須在該種路段進(jìn)行建設(shè)，則要對該路段采取措施進(jìn)行抗震能力的加強(qiáng)。若在地震中容易出現(xiàn)滑移以及地面容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象的地段，可通過穩(wěn)定地基的方式進(jìn)行措施實(shí)施。在良好地基基礎(chǔ)建立的前提下，橋梁的建設(shè)質(zhì)量才會得到保障。

5.公路橋梁抗震設(shè)計(jì)中拉鎖式梁板連梁裝置設(shè)計(jì)分析

(3)礦區(qū)范圍及周邊一般分布有省級自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、生態(tài)小區(qū)等，對礦區(qū)的開發(fā)建設(shè)有一定的制約作用。

首先對公路橋梁拉鎖設(shè)計(jì)的拉鎖數(shù)量依據(jù)拉鎖容許的抗拉力來進(jìn)行確定，然后對受力表面上的老所來對地震荷載的沖擊力進(jìn)行平均分擔(dān)，最后通過公式確定每根拉鎖承受的設(shè)計(jì)荷載。

6.公路橋梁抗震設(shè)計(jì)中橋梁梁板連接梁裝置設(shè)計(jì)中移動量的分析

橋梁連板裝置設(shè)計(jì)中的縱向最大位移量在結(jié)構(gòu)破壞力最大的限度內(nèi)的前提下藥小于梁的擱置長度。

7.公路橋梁抗震設(shè)計(jì)中橋梁緩沖裝置設(shè)計(jì)分析

在橋梁建設(shè)中緩沖裝置一般所使用的緩沖橡膠材料多為工程橡膠材料，它們的硬度以及允許壓力應(yīng)力對緩沖地震沖擊力的要求應(yīng)該進(jìn)行滿足。進(jìn)而根據(jù)特有的公式計(jì)算出橡膠緩沖應(yīng)力值。橋梁的垂直豎向緩沖可以與橋梁橡膠支座的綜合設(shè)計(jì)相結(jié)合。

二、如何提高公路橋梁抗震設(shè)計(jì)分析

提高公路橋梁的抗震設(shè)計(jì)可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析：

1.橋梁抗震設(shè)計(jì)防標(biāo)準(zhǔn)

2.橋梁結(jié)構(gòu)的構(gòu)造細(xì)節(jié)

在公路橋梁抗震設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)遇到許多問題，但目前這些問題還沒有可以通過定量化的方法進(jìn)行解決的辦法。所以，以震害經(jīng)驗(yàn)、抗震概念的設(shè)計(jì)以及定性研究得到的結(jié)果為依據(jù)對構(gòu)造細(xì)節(jié)提出要求，使橋梁結(jié)構(gòu)抗震安全重要性得到保證。在國外，比如美、歐的國家已經(jīng)特別重視橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的規(guī)范與準(zhǔn)則。但是在我國相關(guān)的法律和法規(guī)在橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方面還十分不足，有待對這方面的問題加強(qiáng)重視。

3.橋梁延性與位移的設(shè)計(jì)

在我國，傳統(tǒng)的橋梁抗震多采用強(qiáng)度設(shè)計(jì)的方法，雖然有延性與位移問題的存在，但一般也是通過強(qiáng)度指標(biāo)來間接的得到實(shí)現(xiàn)。當(dāng)下，人們對橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中位移發(fā)揮的重要作用越來越關(guān)注，許多專業(yè)人員以及橋梁建設(shè)工程師以位移來作為抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參數(shù)，從而多參數(shù)抗震設(shè)計(jì)的方法得以形成。

4.橋面結(jié)構(gòu)支座設(shè)計(jì)

橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對簡支橋梁的結(jié)構(gòu)要對橋面的連續(xù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，為了防止橋梁的主梁發(fā)生位移時(shí)落梁，需要有足夠的加固寬度進(jìn)行提供。除此之外，還應(yīng)該對墩臺的頂蓋梁和支座的寬度進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訉?，并對位移隔擋裝置進(jìn)行增設(shè)。對于使用橡膠支座卻沒有固定支座的橋跨，可以通過對移角鋼或者擋軌的加設(shè)方式進(jìn)行支座的抗震設(shè)計(jì)。

5.橋梁結(jié)構(gòu)跨度設(shè)計(jì)控制

公路橋梁在設(shè)計(jì)過程中不得不在地震區(qū)域進(jìn)行建設(shè)時(shí)，橋梁的結(jié)構(gòu)可以采用跨度相等、每聯(lián)的連續(xù)跨度墩身的剛度相等比較合適。若橋梁跨度不均勻，墩身的剛度不相等就特別容易出現(xiàn)震害現(xiàn)象。若各個(gè)墩臺的高度間懸差很大，在此情況下可以通過對墩頂支座的尺寸進(jìn)行調(diào)整以及樁頂設(shè)置可滿足墩身位移的套筒的方式對各墩的剛度進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到剛度盡可能保持一致的目的。在地震區(qū)域內(nèi)的橋跨長度不宜過大，跨度越大則墩柱承受的軸向力會越大，最終會導(dǎo)致墩柱的延性力被降低。

6.橋梁縱向位移設(shè)置消能裝置

在烈度較高的地區(qū)進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到縱向消能裝置的設(shè)置，比如減震、隔震支座的采用，以及為了使橋梁的梁體與墩臺可以共同受力與水平橋梁的荷載量減小可以在梁體與墩臺的連接處進(jìn)行結(jié)構(gòu)柔性與阻力的增加。

7.橋梁的墩臺基礎(chǔ)地的選定

公路橋梁中橋梁的拱橋部位對支座的水平位移敏感度較強(qiáng)，但是兩邊橋臺的不能同步激振會產(chǎn)生特別大的偽靜力反應(yīng)，有甚者會超過慣性力引起的動力反應(yīng)。所以，在震區(qū)建設(shè)橋梁時(shí)拱橋墩臺的基礎(chǔ)一定要選擇在整體巖盤或者類型相同的場址，使地震發(fā)生時(shí)各個(gè)支座間可以同步激振得到保證。

8.墩柱設(shè)計(jì)

在進(jìn)行橋梁墩柱設(shè)計(jì)時(shí)箍筋的選擇盡量使用螺旋形，方便為墩柱提供足夠的約束。此外，為了使連接點(diǎn)的延性得以增強(qiáng)，可以使橋梁墩身以及基礎(chǔ)的縱向鋼盤深入蓋梁與承臺的錨固有一定長度。而且，在橋墩基腳處應(yīng)該保證抵抗墩柱彎矩和剪切力的能力足夠，但塑性鉸接不允許出現(xiàn)。

［1］蘇波，陳占力.淺析預(yù)制裝配式橋梁抗震設(shè)計(jì)及抗震措施［J］.市政技術(shù)，2012，30（3）：65-67.

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