橋梁結(jié)構(gòu)抗震性和耐久性設(shè)計(jì)探析

王池波，李金萍

（晉江市路橋建設(shè)開發(fā)有限公司，福建 晉江 362200）

1 工程概況

某項(xiàng)目位于城區(qū)，為城市主干路，起訖樁號(hào)為 K0+720～K6+033，路線長度約 5.3km，以高架橋的形式跨越多個(gè)路口，地面交通復(fù)雜。經(jīng)過綜合比選，橋梁標(biāo)準(zhǔn)段采用 30m 跨預(yù)制小箱梁，局部跨路口段根據(jù)地面交通情況進(jìn)行調(diào)整。本文主要針對(duì)先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)制小箱梁設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

進(jìn)行橋梁的孔徑與位置布設(shè)時(shí)，以建設(shè)條件、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)營、施工、養(yǎng)護(hù)以及既有路橋使用狀況為基礎(chǔ)，結(jié)合城市道路規(guī)劃等多元化需求，整體計(jì)算分析，選擇最佳方案。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基于總原則，注重安全性、適用性、環(huán)保性、養(yǎng)護(hù)便捷性等。同時(shí)選擇技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理、施工條件穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)美觀的常規(guī)結(jié)構(gòu)，追求標(biāo)準(zhǔn)化與裝配化生產(chǎn)，以便于順利、有序施工，節(jié)約施工成本。橋梁上層結(jié)構(gòu)選擇約 30m 的預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，下部結(jié)構(gòu)選擇方柱墩、U 形橋臺(tái)、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為 100年，安全等級(jí)為一級(jí)，橋梁與涵洞荷載等級(jí)為公路 I 級(jí)；地震動(dòng)峰值加速度系數(shù)設(shè)計(jì)為 0.15g，本地區(qū)地抗震設(shè)防烈度等級(jí)為7度。

2 橋梁結(jié)構(gòu)抗震性與耐久性影響要素

2.1 客觀要素

我國位于環(huán)太平洋火山地震帶與印度洋—喜馬拉雅火山地震帶，地震災(zāi)害相對(duì)較多。例如，青海玉樹州與海西州德令哈市于 2019年2月先后發(fā)生地震，震源深度約 7km，地震發(fā)生間隔時(shí)間較短，低烈度的地震十分常見。地震等級(jí)與烈度直接影響著橋梁使用的安全性，震源深度較淺，烈度較高的特大型地震，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成的危害是毀滅性的。

2.2 主觀要素

設(shè)計(jì)人員的觀念意識(shí)是影響橋梁結(jié)構(gòu)抗震性和耐久性的主要主觀因素，部分人員過于注重橋梁的經(jīng)濟(jì)功能和施工成本，對(duì)橋梁抗震性與耐久性的重要性重視不夠，并且由于一些設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)水平的限制，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，抗震性與耐久性不足。

3 橋梁結(jié)構(gòu)抗震性與耐久性設(shè)計(jì)的重要性

橋梁結(jié)構(gòu)耐久性與抗震性設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)為基于既知橋梁結(jié)構(gòu)外在負(fù)載承受能力，根據(jù)相關(guān)指標(biāo)，選擇合適的幾何參數(shù)，以科學(xué)設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)，促使橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性與耐久性可規(guī)定條件與時(shí)間內(nèi)符合既定參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前，我國橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依舊存在許多問題亟待解決，例如，設(shè)計(jì)者過于注重橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，忽視了結(jié)構(gòu)的耐久性，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的安全性與使用壽命不達(dá)標(biāo)，存在安全隱患。所以，為確保橋梁使用安全性與使用壽命，需從橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中加強(qiáng)對(duì)橋梁安全性、抗震性、耐久性的重視，采取措施提高橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力與使用性能，降低橋梁病害發(fā)生概率。

4 橋梁結(jié)構(gòu)抗震性與耐久性設(shè)計(jì)

4.1 抗震性設(shè)計(jì)

進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，需選擇良好的抗震減震策略，其原理在于適度延長橋梁結(jié)構(gòu)自震周期，促使其在地震力的影響下，適度減少結(jié)構(gòu)內(nèi)力，增大橋梁結(jié)構(gòu)的阻尼，提升延展性，以抵消地震作用力，實(shí)現(xiàn)減震抗震。在上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)位移允許范圍內(nèi)，橋梁支承體系可以選擇柔性支承與減震支座等相關(guān)策略，以實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)減震抗震處理[1]。

4.1.1 布設(shè)橋孔

根據(jù)工程所在地的實(shí)際情況，本項(xiàng)目中橋梁結(jié)構(gòu)的橋跨數(shù)量設(shè)計(jì)主要選擇 27～32m 的孔跨布置，通過多橋墩同時(shí)分?jǐn)偟卣鹚阶饔昧?。布設(shè)孔跨時(shí)，盡量遵守對(duì)稱原則與均勻原則，等跨度布設(shè)橋跨，促使橋梁均勻受力，從而保證橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4.1.2 上部結(jié)構(gòu)

布設(shè)簡(jiǎn)支梁與墩臺(tái)邊緣時(shí)，需注意應(yīng)保留既定間距。設(shè)計(jì)橋臺(tái)臺(tái)身時(shí)，可以合理增加橋臺(tái)臺(tái)身混凝土強(qiáng)度與厚度，選擇橡膠墊板與梁部結(jié)構(gòu)進(jìn)行搭接，以此緩沖。加強(qiáng)對(duì)承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重視，計(jì)算承載力時(shí)，根據(jù)極限狀態(tài)選擇最不利受力截面進(jìn)行設(shè)計(jì)，促使上部結(jié)構(gòu)具備充足的抗變形能力。

4.1.3 下部結(jié)構(gòu)

進(jìn)行下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮橋墩與橋臺(tái)的承載力及其抗變形能力，以提高其抗震能力。橋墩和橋臺(tái)的結(jié)構(gòu)計(jì)算與設(shè)計(jì)要求相符時(shí)，在橋墩蓋梁間合理設(shè)置抗震擋板，提高結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下的穩(wěn)定性與安全性。同時(shí)還可提升橋墩柱與基礎(chǔ)特定受力范圍的配筋率，以強(qiáng)化橋梁結(jié)構(gòu)的抗變形能力，進(jìn)而提高結(jié)構(gòu)整體安全性與抗震性。在布設(shè)橋梁樁基與橋墩箍筋時(shí)，可針對(duì)箍筋采取一定的加密措施。

4.2 耐久性設(shè)計(jì)

4.2.1 上部結(jié)構(gòu)

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)所在區(qū)域的氣候條件，以最大降雨量與蒸發(fā)量為基礎(chǔ)，合理布置縱向與橫向雙向排水坡。其中，橫向排水的泄水管位置與數(shù)量，需以徑流面積為基礎(chǔ)加以計(jì)算分析，嚴(yán)格控制泄水管道間隔在 4～5m。由于上部結(jié)構(gòu)的邊板懸臂，需科學(xué)布設(shè)相應(yīng)滴水槽，并確保排水管出口位置的科學(xué)合理性，不能與混凝土構(gòu)件表層相接近。預(yù)應(yīng)力筋的錨固端需采取一定的防銹策略，確保封端混凝土的良好性能，且需具備良好抗裂性。為防止橋面剛性防水層承受活載荷作用，例如，車輛處于頂板負(fù)彎矩區(qū)域內(nèi)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)成 V 形裂縫，發(fā)生滲水，很容易引發(fā)鋼筋銹蝕現(xiàn)象，因此，在橋面設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)選用柔性防水層。

預(yù)應(yīng)力混凝土上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件需基于 A 類或全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，通過整體分析所有因素的影響作用，例如，預(yù)應(yīng)力效應(yīng)與彎道徑向力效應(yīng)等，以確保橋梁結(jié)構(gòu)總應(yīng)力水平可達(dá)到 A 類或全預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，從而避免承重結(jié)構(gòu)開裂。此外，在橋梁箱型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，既要滿足力學(xué)計(jì)算要求，又要基于施工與耐久性等要求，防止過度追求材料節(jié)約與輕量化，需以確保橋梁整體性能為前提，與此同時(shí)，還要避免各種病害。

4.2.2 下部結(jié)構(gòu)

下部結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)需根據(jù)實(shí)際要求與情況，科學(xué)提升橋梁結(jié)構(gòu)混凝土標(biāo)號(hào)。在橋梁耐久性設(shè)計(jì)過程中，如果出現(xiàn)鹽漬土路段，土層與水源會(huì)在一定程度腐蝕橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，所以，選擇結(jié)構(gòu)材料時(shí)應(yīng)以抗硫酸鹽水泥為主，根據(jù)環(huán)境類型，科學(xué)構(gòu)建基礎(chǔ)混凝土保護(hù)層，全面做好防腐控制。

5 結(jié)語

綜上所述，橋梁結(jié)構(gòu)抗震性與耐久性設(shè)計(jì)是橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，不僅可強(qiáng)化橋梁施工的合理性，還可提升橋梁的使用安全性，延長使用壽命，強(qiáng)化橋梁承載能力。所以，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性和耐久性設(shè)計(jì)進(jìn)行深入研究具有十分重要的意義，需要高度重視。