橋梁抗震與抗風設計的方法探討

(重慶交通大學土木工程學院　重慶　400041)

一、引言

近些年來，隨著中國交通事業(yè)的高速發(fā)展，橋梁建設的數(shù)目日益增加，對于我們來說無疑是件值得高興的事。但由于對橋梁抗震和抗風設計理念和設計方法的實際掌握缺乏專業(yè)的研究，以至于橋梁受到破壞時不能及時提供有效的解決方法。注重對橋梁抗震和抗風的深入研究，能夠彌補我國橋梁抗震抗風問題的缺失，完善我國橋梁事業(yè)的發(fā)展，促進橋梁建筑體系更完整，更高效的運營下去。從而優(yōu)化我國交通基礎設施的健康發(fā)展。[1]

二、橋梁抗震抗風設計的發(fā)展現(xiàn)狀

近些年來隨著橋梁事業(yè)的發(fā)展，與此同時自然災害發(fā)生的次數(shù)也大大增加，給橋梁的發(fā)展帶來了很多的威脅，給中國經(jīng)濟的健康發(fā)展和人們的生存帶來了很大的風險。注重橋梁的抗震和抗風的方法和理論研究對橋梁的發(fā)展顯得日益重要，為我國的經(jīng)濟建設提供可靠地保障，更加為我國橋梁事業(yè)的發(fā)展提供了強有力地后盾支持。[2-4]

(一)橋梁抗震的概念理解

所謂的橋梁抗震，就是在地質災害頻發(fā)的地段，運用先進的技術手段和地震預防理念對橋梁進行合理的設計和建設，使之受到最小的破壞。在實際的工程工作中，橋梁設計專家根據(jù)上百年來總結的施工經(jīng)驗和技術方法對橋梁設計和建設加以更為深層次的研究和總結，成功的將抗震的理念植入到橋梁設計建筑中來，最大限度的發(fā)揮橋梁各個部件的中，提高了橋梁的建設質量，提供了面對自然災害時所需要的技術支撐，從而促進中國橋梁事業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。

(二)橋梁抗震的現(xiàn)狀[4-7]

目前，國內(nèi)外出現(xiàn)的橋梁抗震的方法有兩種：第一就是減震，就是在橋梁的設計過程中，通過增加一些先進的技術從而達到減震的效果。比如說，在橋梁的設計和施工中，通過增加橡膠支座來增大地震時橋梁變形所需要的支座處的位移，從而達到了抗震的效果，降低了橋梁在地震中受到的破壞。第二就是延展性，說到延展性，我們自然而言的就想到了這是鋼筋所具有的性質，通過在橋梁的特殊部位增加鋼筋，從而減小了地震破壞時的影響，從而保護了橋梁。

(三)橋梁抗風的概念理解

所謂的橋梁抗風，就是指在橋梁的設計和建設中通過綜合考慮在大風情況下，橋梁所能發(fā)生的各種破壞，使橋梁的結構發(fā)生失穩(wěn)等問題所采取的另一種技術手段。提高橋梁的抗風性也是考慮橋梁穩(wěn)定性的一項重要指標。

(四)橋梁抗風的現(xiàn)狀[7-10]

在橋梁的建設中，除了橋梁的抗震影響剩下的就要是橋梁的抗風作用了，由于當風力過大時，就會造成行駛中的汽車和橋梁產(chǎn)生傾斜，從而失去平衡。雖然說這種傾斜我們是無法用肉眼觀察的，但是對于車輛和橋梁來說危害是相當大的。隨著我國橋梁數(shù)目的不斷增加，橋梁的跨徑也隨之增大，橋梁設計師和建設單位慢慢考慮的考慮橋梁的顫振性這一個重要的因素，從而避免了橋梁在大風的作用等自然狀況下產(chǎn)生了比較大的橫向的位移，從而加大了橋梁的抗風的能力，促進了橋梁體系的完善，提升了橋梁的防風和抗壓能力。

三、橋梁抗震抗風設計方法

(一)橋梁的抗震設計

根據(jù)我國的橋梁主要遭受的破壞是由于地震引起的情況來看，大多數(shù)是由于地震造成的，地震造成地面的不均勻的塌陷，從而對橋梁的結構造成了實質性的破壞，或者是由于橋梁結構在地震中所受的壓力遠遠大于其承載能力，從而造成了橋梁的斷面破壞。雖然這是我們所不能控制的，但是我們在自然災害面前顯得無能為力，我們可以用先進的技術手段來彌補先天的不足，可以通過轉變橋梁的建設方式，運用先進的設備和技術提升橋梁的質量，從而保障橋梁的穩(wěn)定性，把地震危害降到最低。在這種情況下注重運用彈力調(diào)節(jié)來提高橋梁的抗震能力是十分有必要的。首先我們應該保證橋梁的建設應該避免建設在地震多發(fā)的地段，其次研究人員通過長期對橋梁彈性理論的研究發(fā)現(xiàn)，對于橋梁的特定的部位充分挖掘其彈性性能對抗震來說有很大的意義。例如，研究人員在具體的橋梁抗震設計中采用了減隔震這種先進的技術，這種技術具有簡便、經(jīng)濟與先進的特點。通過這種先進技術的應用，在橋梁中安裝了減震構建與裝置，從而能夠更好的在地質發(fā)生的時候，通過產(chǎn)生阻尼的方式來消耗地震災害傳入橋梁中的能量，從而減少了橋梁在地震的作用下產(chǎn)生的相當大的破壞作用。在這種設計中，滯回阻尼裝置發(fā)揮了至關重要的作用，減少了能量的消耗，從而保護了橋梁。

(二)橋梁抗震設計的主要原則

在我國建設橋梁建設的歷史中，我們會總結出很多橋梁抗震的經(jīng)驗。橋梁的抗震能力逐步提高，應該和橋梁建筑結構的實際情況相結合，從而增強橋梁的抗震能力。在橋梁的設計建設中，我們應該因地制宜，多從實際情況出發(fā)，選擇切實可行的抗震形式，嚴謹避免多種抗震形式的疊加應用，從而造成材料的浪費和抗震效果的降低，其次應該充分考慮橋梁在地震破壞后能夠修復的價值，提高橋梁的抗震能力。

(三)橋梁的抗風設計[11-13]

大風的襲擊也是造成當前橋梁建設結構破壞的常見的形式之一，其中顫振是造成橋梁的橋面破壞的主要的因素。其次還有馳振、抖振、渦振和拉索風振等幾種形態(tài)。其中顫振會對橋梁的主梁造成破壞，馳振主要影響的是橋梁拉索，抖振影響的是橋梁的可靠性，渦振和拉索風振主要影響的是橋梁的橋塔。只有真正掌握了橋梁的破壞形式，才能有效的解決橋梁由于風力過大造成的破壞問題。在橋梁的設計和建設中應當注重對橋面所面對的風向進行仔細的考慮，在橋梁設計中，加強對橋梁的護欄設計和橋塔的合理設計對抗風也是很重要的，讓橋塔通過多種形式的轉變，對所受的大風產(chǎn)生抗風和減小風力的作用，從而穩(wěn)固了橋梁的主體結構，保證橋梁的穩(wěn)定性，從而避免了橋梁的橫向位移和減少了橋面坍塌的危險。在設計的過程中，把塔索和橋面所形成的形狀設計成三角形，運用了三角形具有穩(wěn)定性的原理，從而加強了橋梁的穩(wěn)定性，提高了橋梁的抗風能力。

(四)橋梁抗風設計的主要原則

對于橋梁的抗風能力，首先我們應該注重橋梁建筑結構的安全性，保證橋梁的質量，增強橋梁的整體性，在設計和建設中，一方面我們要滿足橋梁的美觀性，橋梁的建設要與周圍的環(huán)境相適應并且同時滿足橋梁本身的實用性；另一方面同時也是我們最容易忽視的地方就是加強對已經(jīng)建成的橋梁進行維修和加固，提高橋梁的抗風能力，增強橋梁的整體性和穩(wěn)定性。

四、橋梁抗震抗風設計技術的發(fā)展趨勢

(一)橋梁抗震技術的發(fā)展趨勢[13-17]

在以往的橋梁的設計中，設計人員最關心的問題就是橋梁的承載能力以及橋梁的承載強度。一般情況下，只要滿足了以上兩個要求就可以提高橋梁的抗震能力；但是在另一個方面考慮，橋梁的強度是提高了，但是并不意味著橋梁的抗震性能的提高。所以在橋梁的抗震設計上還需要考慮橋梁的位移延性、減震耗能的設計以及橋梁具體結構細節(jié)的設計。所以在未來的發(fā)展中要不斷提高這三方面的要求，對于減震耗能這一方面，有關的設計人員應該在節(jié)省建筑材料的同時，也要保證橋梁的減震抗震性能，降低能耗。對于結構細節(jié)，在未來的設計中，要不斷滿足橋梁設計的精度要求，充分和國內(nèi)外先進技術進行接軌，提供更加詳細的滿足建筑設計和定量的詳細設計標準。

(二)橋梁抗風技術的發(fā)展趨勢

在未來橋梁的抗風設計中，充分考慮橋位所在的區(qū)域可能出現(xiàn)的最大風力，避免橋梁在風力影響下產(chǎn)生自激發(fā)散震動。對于柔性大跨度橋梁，我們應該增加橋梁的剛度來滿足抗風要求。增加結構的質量，同時也要降低橋梁結構固有的頻率。隨著未來我國橋梁數(shù)目和形式的不斷增加，這就對橋梁的抗風設計產(chǎn)生了很大的要求。這就要求橋梁的設計人員不斷創(chuàng)新，不斷探索適合橋梁的抗風的新技術，才能夠使用未來橋梁建筑設計的更高要求。

五、結論

通過對橋梁抗震設計方法和橋梁的抗風設計理論的研究，能夠為為我國橋梁建筑設計通過強有力的理論支撐。橋梁作為我國交通事業(yè)發(fā)展的重要組成部分，加強橋梁抗震抗風設計的能力，有利于促進我國建筑事業(yè)的積極健康發(fā)展，完善橋梁設計的不足，從而提升了橋梁的建筑質量，為促進我國交通運輸事業(yè)和基礎設施建設提供了強有力的理論指導。[17-20]