淺談橋梁抗震設(shè)計(jì)

楊凱翔

【摘 要】地震對公路、橋梁的破壞主要是由于地表破壞和橋梁受震破壞引起的，橋梁由于受到地震而產(chǎn)生水平和豎直振動(dòng)，造成橋梁構(gòu)件的破壞，甚至使橋梁倒塌。因此，在設(shè)計(jì)階段就要重視公路橋梁的抗震設(shè)計(jì)，以保證橋梁建成后的安全運(yùn)行，本文主要對橋梁抗震震害分析和橋梁抗震加固等內(nèi)容進(jìn)行闡述，供大家參考與交流。

【關(guān)鍵詞】公路橋梁；震害分析；抗震措施

0 概述

橋梁工程是公路工程的關(guān)鍵樞紐，在保障公路暢通中起著決定性的作用。我國國土遼闊，處于多個(gè)地震板塊，這些年地震頻發(fā)，我國公路橋梁在地震中遭到了不同程度的破壞，給國家和人民帶來巨大的安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失，因此橋梁工程的重要性越加突出，如何對公路橋梁進(jìn)行有效的抗震設(shè)計(jì)、提高橋梁的抗震能力顯得尤為重要。根據(jù)近年來地震后公路橋梁破損情況，本文主要對橋梁震害及抗震措施方面進(jìn)行了簡單分析與探究。

1 橋梁震害分析

1.1 地基產(chǎn)生相對位移引起橋梁結(jié)構(gòu)的變形

當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，震源產(chǎn)生的地震波通過地殼逐漸傳遞到深層基巖，再傳遞到地基表層，橋梁下部結(jié)構(gòu)周圍的地基受到地震震動(dòng)逐漸松動(dòng)，在淺層的飽和或疏松砂土處，地震作用易引起砂土液化，造成土層或巖層地基發(fā)生壓密下沉，引起基礎(chǔ)底面各部位下沉量不均等的地基沉陷，使地面發(fā)生較大的變形，橋梁基礎(chǔ)也隨之發(fā)生位置偏移、斷裂等現(xiàn)象，造成橋梁整體錯(cuò)位，墩臺結(jié)構(gòu)出現(xiàn)傾倒、斷裂等震害，下部結(jié)構(gòu)的破壞往往引起一系列的連鎖反應(yīng)，從而破壞主體結(jié)構(gòu)如落梁、整個(gè)結(jié)構(gòu)的坍塌等，給震后修復(fù)工作造成了巨大的困難。

1.2 橋梁在地震力作用下引起的結(jié)構(gòu)破壞

橋梁最嚴(yán)重的震害現(xiàn)象主要是梁體的墜落，落梁的發(fā)生主要是因?yàn)闃蚺_、橋墩傾斜、倒塌，支座破壞，梁體之間相互碰撞，相鄰橋墩之間發(fā)生過大的相對位移所引起的。在地震力作用下，橋梁上部結(jié)構(gòu)的橫橋向慣性力大部分通過擋塊傳遞到橋墩及其基礎(chǔ)。所有， 擋塊的阻擋能力來控制傳遞到橋墩或橋臺的橫向地震力，也就是說橫橋向橋墩或橋臺的破壞是由擋塊的阻擋能力控制。橋墩和橋臺如果不能抵抗自身的慣性力和由擋塊傳遞來的上部結(jié)構(gòu)的地震力，就會(huì)開裂甚至折斷，其支承的上部結(jié)構(gòu)也將遭受嚴(yán)重的破壞。鋼筋混凝土柱式橋墩大量遭受嚴(yán)重?fù)p壞，是近期橋梁震害的一個(gè)特點(diǎn)。其原因主要是橫向約束箍筋數(shù)量不足和間距過大，因而不足以約束混凝土和防止縱向受壓鋼筋屈曲。目前的解決辦法是通過能力設(shè)計(jì)和延性設(shè)計(jì)，使橋梁的屈服只發(fā)生在預(yù)期的塑性鉸部位，其余結(jié)構(gòu)保持彈性；有些橋梁在支座的設(shè)計(jì)中，并沒有充分考慮到抗震的需求，所以在支座形式和材料的選擇上存在著缺陷，在連接與支擋等構(gòu)造措施上存在不足，從而造成如支座錨固螺栓拔出、剪斷、活動(dòng)支座脫落及支座本身構(gòu)造上的破壞等，并由此導(dǎo)致結(jié)構(gòu)力的傳遞形式的變化，進(jìn)而對結(jié)構(gòu)的其他部位產(chǎn)生不利的影響?？v坡大的橋梁沒有縱向限位設(shè)計(jì)，從而在地震發(fā)生時(shí)容易造成支座滑脫、防震擋塊受到破壞，出現(xiàn)落梁。

發(fā)生地震后橋梁破壞的形式往往是相互影響，緊密聯(lián)系的，基于對于上述震害問題的研究，廣大的設(shè)計(jì)人員作為建設(shè)工程的重要參與者更應(yīng)高度重視。

2 橋梁抗震措施探究

通過分析橋梁震害后可以看出，地震產(chǎn)生的地震力對橋梁的破壞不僅與橋梁的結(jié)構(gòu)本身密切相關(guān)，還與橋位處的場地、地基及地形地貌緊密聯(lián)系。在橋梁的設(shè)計(jì)階段，除了對橋梁進(jìn)行詳盡的抗震設(shè)計(jì)計(jì)算外，橋位選擇、橋型選擇、結(jié)構(gòu)體系布設(shè)、結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)等方面也對橋梁抗震起著至關(guān)重要的作用。

2.1 橋位場地的選擇

一定要將橋址選擇和調(diào)查工作做到位，除了解區(qū)域性的地震烈度外，還應(yīng)結(jié)合局部地區(qū)地形、地貌、地質(zhì)條件、工程規(guī)模及橋梁震害的經(jīng)驗(yàn)，以便為采取抗震措施提供依據(jù)。基于橋址處場地的地質(zhì)和地形條件，首先考慮地質(zhì)穩(wěn)定的河床，應(yīng)盡可能避開地質(zhì)情況變化較大、巖土松散、可液化土層、軟弱粘土層、溶洞暗河、等不良地質(zhì)，以及地震后有可能發(fā)生的山體的滑坡、崩塌和泥石流等次生災(zāi)害的地段。

2.2 橋梁孔徑的布置

橋孔宜選用對抗震有利的等跨布置，橋軸線盡可能設(shè)計(jì)成直線，避免高橋墩和大跨徑的組合；適當(dāng)增加橋長，使橋臺位于穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，盡可能使橋梁位置正交于河流，從而避免由于橋梁與河流斜交所造成的橋墩處河流沖刷加劇，對橋梁下部產(chǎn)生不利因素。

2.3 橋梁結(jié)構(gòu)抗震措施

如果地基地質(zhì)條件允許，盡可能采用整體性強(qiáng)的重力式橋臺，對于柱式橋臺和肋板式橋臺，為保證基礎(chǔ)密實(shí)度，應(yīng)先填土壓實(shí)再成孔。利用橋墩的延性減震是目前比較常用的橋梁抗震設(shè)計(jì)，墩柱的箍筋間距對延性影響很大，間距越小其延性越大，在橋墩塑性鉸區(qū)域及緊接承臺下樁基的一定范圍內(nèi)，可以采取箍筋加密的方法來增加延性，從而起到抗震作用。結(jié)構(gòu)體系的合理與否，直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)各部位的地震作用大小，理想的橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)是越簡單和越規(guī)則越好，傳力途徑要短，受力要簡明。橋梁的結(jié)點(diǎn)區(qū)域一旦受損將會(huì)難以修復(fù)，橋墩與基礎(chǔ)的結(jié)點(diǎn)、橋墩與蓋梁的結(jié)點(diǎn)都是影響整個(gè)橋梁正常工作的重要結(jié)構(gòu)，所以在橋梁抗震設(shè)計(jì)中，不但要保證梁體、橋墩具有足夠的延性和承載力外，還應(yīng)保證橋梁結(jié)點(diǎn)部位具有足夠的承載力，避免結(jié)點(diǎn)應(yīng)地震作用過早受到破壞，從而使橋梁主體結(jié)構(gòu)受到重創(chuàng)。

2.4 常見的公路橋梁抗震措施

常見的公路橋梁主要有梁式橋、拱橋、及剛架橋三種類型。對于梁式橋而言，宜并采用橋面應(yīng)連續(xù)，盡可能少用伸縮縫，降低落梁的可能性；橋跨應(yīng)盡量布置成小跨徑、橋臺和橋墩應(yīng)與橋軸線垂直。設(shè)計(jì)及施工中需要注意地震中梁體縱橫向位移，設(shè)置橫向擋塊距離及縱向柔性擋塊限位器，必須滿足地震時(shí)梁體位移的要求。橡膠支座、減隔震支座以及塑性鉸等消能裝置的推廣對于梁式橋在今后地震中能簡單修復(fù)即可使用起到很好的效果。

對于拱橋，應(yīng)采取以下兩種方式來提高抗震性能。一是，通過拱橋自身結(jié)構(gòu)的抗震能力和延性抗震能力來抵御地震發(fā)生時(shí)所產(chǎn)生的地震波作用，并吸收部分地震能量。二是，采用結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)，通過改變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性或阻尼耗散性能來提高和改善拱橋結(jié)構(gòu)的抗震能力。

對于剛架橋梁，主要采取以下措施來提高自身抗震性能。提高橋梁自身結(jié)構(gòu)延性抗震設(shè)計(jì)，主要有上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的彈性，墩柱自身的延性設(shè)計(jì)，墩柱基礎(chǔ)以下結(jié)構(gòu)的彈性設(shè)計(jì)。

3 結(jié)語

近百年來國內(nèi)外許多地震給橋梁帶來了巨大的災(zāi)害，同時(shí)也推動(dòng)了橋梁抗震的各項(xiàng)研究工作。通過分析大量地震過后橋梁的損壞形式，促使人們在抗震設(shè)計(jì)方法上做了進(jìn)一步的改善，從單一的強(qiáng)度抗震設(shè)防原則轉(zhuǎn)入對結(jié)構(gòu)減、隔震的研究，以及隨后主動(dòng)、半主動(dòng)控制研究，在抗震技術(shù)上取得了豐碩的成果。經(jīng)過抗震設(shè)計(jì)，采用抗震技術(shù)的橋梁在地震中表現(xiàn)良好，說明了科學(xué)合理的抗震措施是減輕地震災(zāi)害的最有效的方法。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]