公路橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計要點分析

王小娜

摘 要：公路橋梁事業(yè)在經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用，其中，抗震性是公路橋梁質(zhì)量的一項重要指標(biāo)，需要進(jìn)行高度重視。本文結(jié)合實際的工程案例，對公路橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計要點進(jìn)行了詳細(xì)分析，具有一定的借鑒性與參考性價值。

關(guān)鍵詞：公路橋梁；抗震設(shè)計；方法；內(nèi)容

由于我國處在地震頻發(fā)地區(qū)，所以，我們要高度重視建筑物的抗震設(shè)計，尤其是對橋梁的抗震設(shè)計。橋梁是一個很重要的城市基礎(chǔ)設(shè)施，要想建造一座抗震性能高的橋梁，必須加強對橋梁抗震設(shè)計的重視，不能忽視橋梁的整體結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)計以作為橋梁設(shè)計的一項重要內(nèi)容，必須采用合理的方法對橋梁進(jìn)行抗震設(shè)計，不僅能使橋梁的壽命增加，還能使橋梁的穩(wěn)定性和安全性得到提高，降低了地震對橋梁的危害。

1 工程概況

本案例所研究的橋梁為某區(qū)域的城市快速路，按一級公路設(shè)計，100年的設(shè)計基準(zhǔn)期。橋梁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橋梁的總體長度為280.36米。整個橋梁共分為三聯(lián)，上部結(jié)構(gòu)形式均為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。從橋梁的行車速度來看，本項目主線設(shè)計行車速度為每小時80公里，匝道的行車速度為每小時40公里。從地震設(shè)計的各項指標(biāo)來看，地震為Ⅸ度的基本烈度，地震動峰值的加速度為0.40g。整個的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)設(shè)定為1.1，屬于是一級安全等級。地震動反應(yīng)譜的特征周期為0.65秒，橋下的凈空超過5米。

2 地震對公路橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的危害

地震的發(fā)生主要是由于較大的應(yīng)力作用而造成地球內(nèi)部介質(zhì)發(fā)生急劇破裂，在破裂過程中會有地震波產(chǎn)生，以破裂位置為震源擴散至一定范圍內(nèi)，從而造成地面震動的現(xiàn)象。地震波一般分為兩種，一種是橫波，另一種是縱波，能夠造成地面建筑水平晃動的被稱為橫波，地表建筑上下顛簸的被稱為縱波。當(dāng)出現(xiàn)較大強度的地震時，會造成建筑出現(xiàn)嚴(yán)重變形，在建筑缺乏一定強度或者局部出現(xiàn)失穩(wěn)的情況下會對整體建筑結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的破壞。

1）支座破壞。在橋梁結(jié)構(gòu)中，上部主梁緊密連接著支座。當(dāng)發(fā)生地震時，如果防震措施不到位，變形和位移現(xiàn)象會在支座中出現(xiàn)，當(dāng)變形情況超出支座上限時，會剪斷支座錨固螺栓，進(jìn)而破壞支座結(jié)構(gòu)。

2）上部結(jié)構(gòu)地震破壞。一旦發(fā)生地震時，主梁等橋梁上部結(jié)構(gòu)會因地震作用而出現(xiàn)一定程度的晃動，當(dāng)碰撞到相鄰的主梁時，會出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p害。另外如果出現(xiàn)較大的變形，有自身損傷或移位損傷出現(xiàn)，同樣會造成主梁墜落。

3）下部結(jié)構(gòu)破壞。所謂的下部結(jié)構(gòu)的破壞，一般是指破壞橋梁結(jié)構(gòu)的橋臺和橋墩。橋臺和基礎(chǔ)在地震作用下一般會有滑移產(chǎn)生，進(jìn)而造成開裂、傾斜甚至折斷現(xiàn)象在橋臺和橋墩與基礎(chǔ)連接處出現(xiàn)。

4）地基土地震液化。地基砂土受到地震作用以后，可能會出現(xiàn)液化情況，進(jìn)而降低地基承載力，導(dǎo)致地基沉降和滑移現(xiàn)象的出現(xiàn)，對地基造成一定的破壞。在橋梁結(jié)構(gòu)中，地基是受力的基礎(chǔ)，一旦破壞了基礎(chǔ)，上部結(jié)構(gòu)等同于缺少了支撐，進(jìn)而會出現(xiàn)落梁現(xiàn)象。

3 抗震設(shè)計原則

1）體系的整體性和規(guī)則性。橋梁的整體性能要滿足抗震要求，上部結(jié)構(gòu)是連續(xù)的。整體性的結(jié)構(gòu)形式可以有效的防止一些結(jié)構(gòu)部分在地震的影響之下直接掉落下來，這也是結(jié)構(gòu)發(fā)揮空間作用的基礎(chǔ)條件。不管是平面還是立面中的結(jié)構(gòu)設(shè)置都要保證尺寸、質(zhì)量、剛度等滿足均勻性和整體性的要求。

2）提高結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的強度和延性。橋梁結(jié)構(gòu)的地震損壞主要是因為結(jié)構(gòu)發(fā)生振動而引起的，所以橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中要盡量的保證從地下傳遞的振動能量盡量減少，保證橋梁結(jié)構(gòu)更具強度和延性方面的要求。剛度的選擇可以避免結(jié)構(gòu)發(fā)生較大形變，同時強度和延性是結(jié)構(gòu)抗震性能的兩個最為重要的參數(shù)。因為地震發(fā)生的振動是反復(fù)運動的，在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中還要充分的考慮到在反復(fù)運動影響之下剛度與強度發(fā)生退化效應(yīng)。只保證結(jié)構(gòu)強度而忽視了延性的設(shè)計是不符合實際使用需要的。

3）能力設(shè)計原則。傳統(tǒng)的設(shè)計方法中認(rèn)為，最為理想的設(shè)計是保證所有的結(jié)構(gòu)部分都具備幾乎相同的安全性能，也就是整個工程中的結(jié)構(gòu)設(shè)計不存在薄弱位置。但是因為結(jié)構(gòu)中的所有構(gòu)件對于整個工程的重要程度影響不同，并不能保證其具備相同的安全性，特別是抗震結(jié)構(gòu)。能力設(shè)計思想主要是根據(jù)建筑工程中的具體要求來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)強度安全性的差異，也就是根據(jù)需要來設(shè)置不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強度。

4）多道抗震防線。應(yīng)力圖使得橋梁具備多道抵抗地震的側(cè)向力體系，在較為強烈的地震影響之下，在一道抗震防線損壞之后還有第二道防線可以作為主體支撐結(jié)構(gòu)存在。因此，在進(jìn)行橋梁設(shè)計的過程中要根據(jù)需要進(jìn)行多道抗震防線的設(shè)計。

4 提高結(jié)構(gòu)抗震性能的方法

1）隔震支座法。這種方法是目前橋梁抗震設(shè)計中使用比較普遍的一種方法，通過提升橋梁結(jié)構(gòu)的柔性和阻尼的方式來降低地震對于橋梁的影響。具體的實施方法是通過減、隔震的支座將梁體與墩、臺進(jìn)行連接，然后使用新型的工程材料來提高橋梁結(jié)構(gòu)的柔性和阻尼。這種方法是經(jīng)過了大量的實踐之后總結(jié)出來的，通過很多的試驗后發(fā)現(xiàn)，橋梁的連接處結(jié)構(gòu)對于抗震影響是非常大的。上述的連接方法能夠大大降低橋梁在地震影響之下所產(chǎn)生的墩、臺水平受力，從而有效的降低了地震對于橋梁所產(chǎn)生的影響，提高了整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2）采用橋梁延性控制方法。橋梁的延性是保證其具備一定抗震性能的關(guān)鍵方法。延性主要體現(xiàn)在橋主體結(jié)構(gòu)或者材料對于強度沒有明顯降低之后所產(chǎn)生的非彈性變形能力。橋梁的延性可以通過其構(gòu)造結(jié)構(gòu)的截面曲率延性系數(shù)來進(jìn)行計算。在允許存在塑性鉸時，因為橋墩自身具備一定的延性，通過適當(dāng)?shù)脑鰪娺@一性能指標(biāo)，在橋梁承受地震時，這些部分會因為存在延性塑性鉸而形成一定的彈塑性變形，并且可以適當(dāng)?shù)耐蒲咏Y(jié)構(gòu)周期，同時可以分擔(dān)一定的地震能力。通過提升橋墩自身的延性指標(biāo)，可以將地震力在一定的限度之內(nèi)進(jìn)行分解，這也是一種非常常見的抗震設(shè)計方法。

在進(jìn)行延性抗震設(shè)計的過程中，需要根據(jù)其發(fā)生的彈性來計算塑性變形的程度，這樣可以提升抗震等級，從而盡量的降低地震所產(chǎn)生的影響。在對橋梁進(jìn)行抗震設(shè)計的過程中，需要全面的考慮到其影響系數(shù)來體現(xiàn)其塑性變形程度，以此提升橋梁的抗震性能。

3）采用隔震支座和阻尼器相結(jié)合的系統(tǒng)。隔震支座的結(jié)構(gòu)形式可以大大提升橋梁的整體抗震性能，而增加地震的阻尼也可以提升其該項性能指標(biāo)，在設(shè)計過程中，如果選擇兩種方法結(jié)合的方式可以成倍的提升抗震性能。在兩者的共同影響之下，通過彈塑變形可以消耗部分地震能力，降低地震危害。

4）引進(jìn)新型橋梁的抗震設(shè)計方法。在傳統(tǒng)的橋梁抗震性能設(shè)計中，主要使用的是“蠻力”的方法來進(jìn)行，也就是通過設(shè)計方法來提高整體的強度和延性，以避免在遇到地震之后發(fā)生嚴(yán)重的損壞，如果橋梁自身的抵抗能力強于地震影響力，自然可以不被損壞。但是這種方法在使用中，抗震能力并不能確定，而地震往往也是不可預(yù)測的。如果兩個未知的情況出現(xiàn)在一起，就容易導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)恰恰相反，橋梁會受到嚴(yán)重的傷害，這樣的例子也是非常多的。新型橋梁在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的基本原則是鋼混結(jié)構(gòu)，其具備非常明顯的性能優(yōu)勢。主要是因為鋼混結(jié)構(gòu)的承載能力優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)形式，同時還具備較強的抗剪能力和延性，在橋梁設(shè)計中非常的普遍。

5 結(jié)束語

在國民經(jīng)濟發(fā)展中，公路橋梁行業(yè)具有基礎(chǔ)性的作用，抗震能力直接關(guān)系到了公路橋梁的質(zhì)量。相關(guān)人員需要根據(jù)規(guī)定的要求，結(jié)合存在的問題，采用橋梁延性控制方法，使用隔震支座和阻尼器相結(jié)合的系統(tǒng)，引進(jìn)新型橋梁的抗震設(shè)計方法，增強公路橋梁的抗震性。

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