小半徑曲線梁橋減隔震設(shè)計研究

鄧文婷　杜韜　李明輝

摘要：曲線梁橋作為非規(guī)則橋梁受力更為復(fù)雜，特別在地震作用下，曲線梁橋的地震反應(yīng)行為有其特殊性，因此需要做好小半徑曲線梁橋設(shè)計中應(yīng)該重點做好減隔震設(shè)計。

關(guān)鍵詞：小半徑；曲線；梁橋；減隔震；設(shè)計

引言

由于受到城市地形、經(jīng)濟條件、交通功能等因素的限制，涌現(xiàn)出大量的小半徑曲線橋梁。這種小半徑橋梁雖然外形美觀、使用方便，但是在設(shè)計橋梁和處理構(gòu)造上工序卻十分復(fù)雜。深入分析小半徑曲線梁橋設(shè)計中遇到的問題，提出解決問題的對策，對提升小半徑曲線梁橋的施工質(zhì)量和運營效果有積極作用。

1曲線梁橋的地震反應(yīng)

曲線梁橋能很好地克服地形、地物的限制，滿足路線整體線形的連續(xù)與順暢。但是與直線橋相比，曲線梁橋作為非規(guī)則橋梁受力更為復(fù)雜，特別在地震作用下，曲線梁橋的地震反應(yīng)行為有其特殊性。因此，國內(nèi)外學(xué)者對曲線梁橋地震行為進(jìn)行了大量的研究。滕軍、呂海霞等研究認(rèn)為曲率半徑對梁體扭矩影響較大，對梁體其他內(nèi)力及墩的地震響應(yīng)影響不大；黃明非對不同曲率半徑單跨曲線橋模型的地震響應(yīng)進(jìn)行分析比較后認(rèn)為，在不同方向的水平地震作用下，忽略撞擊作用時的最不利輸入方向為平行于弦線方向；朱東生、虞廬松等和全偉、李宏男分別基于反應(yīng)譜法及彈性時程分析法推導(dǎo)給出了雙向地震動最不利方向的確定方法；陳興沖、侯文杰等驗證了《公路橋梁抗震細(xì)則》中關(guān)于確定曲線橋地震反應(yīng)最不利輸入方向（相鄰兩橋墩連線方向和垂直于連線水平方向）對不同曲率半徑的適用性；高曉安、周錫元對曲線橋在多向地震作用下的動力分析方法進(jìn)行了系統(tǒng)的分析與對比。曲率半徑、地震輸入角度均是曲線梁橋地震響應(yīng)的主要影響因素，然而對這兩方面的研究多為線性條件下，對曲線梁橋地震作用下的非線性行為研究相對較少。

2小半徑曲線梁橋減隔震設(shè)計

2.1完善抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

橋梁抗震設(shè)計中設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)時結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的最基本內(nèi)容。過去一段時間里，對于橋梁建設(shè)的研究者與建設(shè)工程師在抗震方面都提出分級抗震并設(shè)防原則，所謂分級抗震設(shè)防原則指的是遇到小的震動不被損毀；遇到中級震動則可能產(chǎn)生有限的機構(gòu)或者非結(jié)構(gòu)構(gòu)件造成破壞；遇到大的震動會產(chǎn)生較嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞，但是不造成嚴(yán)重的人員傷亡情況；在遇到對工程場地襲擊最嚴(yán)重的地震的作用下，橋梁結(jié)構(gòu)不會倒塌。這些基本結(jié)構(gòu)內(nèi)容與性能目標(biāo)在今天仍舊被許多設(shè)計工程采用。一般傳統(tǒng)的做法是對結(jié)構(gòu)抗震針對地震的作用水平進(jìn)行設(shè)計。目前遇到的問題主要是對于各個目標(biāo)都可以總結(jié)出相應(yīng)的設(shè)計程序。如此一來，便有必要對當(dāng)下實際中處于單一水平強度抗震設(shè)計的原則進(jìn)行統(tǒng)一地修訂，并采用多水準(zhǔn)、多設(shè)防的目標(biāo)以及多階段的抗震設(shè)計原則。

2.2構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計

在橋梁抗震設(shè)計中結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計遇到許多問題，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、抗震概念的設(shè)計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)計方面還十分不足，有待對這方面的問題加強重視。

2.3延性與位移設(shè)計

在我國，傳統(tǒng)的橋梁抗震多采用強度設(shè)計的方法，雖然有延性與位移問題的存在，但一般也是通過強度指標(biāo)來間接的得到實現(xiàn)。當(dāng)下，人們對橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中位移發(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)工程師以位移作為抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的參數(shù)，從而多參數(shù)抗震設(shè)計的方法得以形成。

2.4橋面結(jié)構(gòu)支座設(shè)計

橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中對簡支橋梁的結(jié)構(gòu)要對橋面的連續(xù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強，為了防止橋梁的主梁發(fā)生位移時落梁，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)募訉挘ξ灰聘魮跹b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。

2.5結(jié)構(gòu)跨度設(shè)計

橋梁在設(shè)計過程中不得不在地震區(qū)域進(jìn)行建設(shè)時，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。

2.6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)計時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)地的選定橋梁中橋梁的拱橋部位對支座的水平位移敏感度較強，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)生時各個支座間可以同步激振得到保證。

2.7多道防線與多階段設(shè)計

設(shè)置多重抗震防線能夠有效地抵御地震危險。橋梁設(shè)計時應(yīng)該設(shè)計成多道防線，這樣即使在大型地震中一道防線受到損壞或者崩塌，還有其他防線發(fā)揮作用，會對地震起到緩沖作用，這就不會使得橋梁陷入癱瘓，也為橋梁的使用安全提供了強有力的保障。

3小半徑曲線梁橋減隔震設(shè)計原則

對于小半徑曲線橋梁結(jié)構(gòu)來說，在設(shè)計中要注意：（1）因地制宜的原則。在橋梁抗風(fēng)設(shè)計方法方面，設(shè)計人員需要對建設(shè)環(huán)境進(jìn)行充分考慮，例如在沙漠附近便需要對這一方面性能進(jìn)行進(jìn)一步加強，而在沿海風(fēng)災(zāi)高發(fā)區(qū)域同樣如此。（2）按照系統(tǒng)性的設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計。這一方面便是設(shè)計理念中平衡理念的體現(xiàn)，設(shè)計人員在進(jìn)行設(shè)計方法的選擇時，需要考慮橋梁建設(shè)的整體情況，不能以犧牲某方面為代價對抗風(fēng)性能進(jìn)行提高，否則會使橋梁的質(zhì)量無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，通過各類方法將橋梁各方面性能設(shè)計進(jìn)行平衡，最終使其整體質(zhì)量達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。（3）協(xié)調(diào)性的設(shè)計方法。橋梁的設(shè)計中需要兼?zhèn)淞W(xué)特性以及觀賞價值，對此在跨距等方面的設(shè)計中需要側(cè)重于前者，才可以使設(shè)計發(fā)揮最大作用。

結(jié)束語

橋梁抗震技術(shù)與加固是工程中很重要的一項，我們應(yīng)該汲取國外的研究成果，然后針對我國不同地區(qū)的情況進(jìn)行更改。隨著科技的進(jìn)步，人們對于地震的震動原理越來越熟悉，認(rèn)識得越來越深，因此提升橋梁結(jié)構(gòu)及預(yù)防橋梁震害技術(shù)也不斷得到完善，橋梁能夠很好地預(yù)防地震的破壞。在設(shè)計過程中，必須對小半徑曲線梁橋結(jié)構(gòu)受力特點有充分的了解，全面綜合考慮各種因素對主梁及橋墩的不利影響。