橋梁抗震設(shè)計(jì)的探析

龍臻

摘 要：近年來(lái)，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，橋梁工程的建設(shè)速度也不斷加快。橋梁的抗震設(shè)計(jì)也成為一個(gè)重要的話(huà)題，尤其是處于地震帶的區(qū)域，更要在橋梁工程的設(shè)計(jì)時(shí)考慮好抗震設(shè)計(jì)，確保橋梁在使用過(guò)程中的安全性與可靠性，滿(mǎn)足我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求。為此，對(duì)橋梁抗震設(shè)計(jì)的探析具有重要意義。

關(guān)鍵詞：橋梁工程;抗震設(shè)計(jì);荷載;關(guān)鍵點(diǎn)

引言

橋梁通常是作為軌道的核心控制項(xiàng)目而建的，一旦損壞或塌陷為軌道的核心節(jié)點(diǎn)，就會(huì)直接麻痹線(xiàn)路所在的線(xiàn)路，其重要性不言而喻。如何使橋梁正常履行其工程職能，特別是其承受極端條件的能力，是橋梁設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮的最重要問(wèn)題。地震是常見(jiàn)的自然災(zāi)害之一，對(duì)工程師來(lái)說(shuō)也是不利條件。地震是突然發(fā)生的，其特征是強(qiáng)大的破壞力和廣泛的破壞面積。沒(méi)有目標(biāo)設(shè)計(jì)，橋梁將無(wú)法承受災(zāi)難的破壞，并可能失去其使用能力。1976年唐山地震造成的破壞震驚了世界，并給橋梁研究人員提出了新的問(wèn)題。在國(guó)家的大力支持下，中國(guó)的橋梁地震研究已經(jīng)取得了數(shù)十年的豐碩成果，與國(guó)外基本處于同一水平線(xiàn)上。

1橋梁抗震設(shè)計(jì)原則

橋梁的設(shè)計(jì)應(yīng)使其能夠以足夠的結(jié)構(gòu)安全抵抗地震期間產(chǎn)生的地震力。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，應(yīng)考慮一些基本原則。為了提高整個(gè)橋梁體系的延性，應(yīng)保證以地震作用為主的整個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的動(dòng)強(qiáng)度和延性。雖然自1990年以來(lái)，鋼筋混凝土橋墩已采用動(dòng)強(qiáng)度和延性校核方法，但在鋼橋墩和基礎(chǔ)等其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件中尚未應(yīng)用。地震安全性應(yīng)通過(guò)考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件非線(xiàn)性行為的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析進(jìn)行驗(yàn)證。在高架連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì)中，宜采用隔震設(shè)計(jì)，將上部結(jié)構(gòu)的側(cè)向力分配給下部結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)是提高耗能能力和將橋面?zhèn)认蛄Ψ峙浣o下部結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土橋墩應(yīng)設(shè)置足夠的拉筋以保證延性，主筋不得在中高處終止。鋼橋墩中應(yīng)填充混凝土，以確保動(dòng)態(tài)強(qiáng)度和延性。按現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)的鋼橋墩在腹板和翼板處產(chǎn)生局部屈曲，盡管它們由縱向加勁肋和橫隔梁加固。這往往會(huì)導(dǎo)致峰值強(qiáng)度后橫向承載力突然下降，因此預(yù)計(jì)耗能較少。這隨后會(huì)降低鋼橋墩在垂直方向上的承載力。由于目前正處于技術(shù)開(kāi)發(fā)階段，以避免此類(lèi)行為，因此決定暫時(shí)使用填充混凝土的鋼橋墩進(jìn)行重建和修復(fù)?；A(chǔ)的設(shè)計(jì)應(yīng)使其具有足夠的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度和側(cè)向力的變形能力。基礎(chǔ)的動(dòng)強(qiáng)度和變形能力應(yīng)大于橋墩的抗彎強(qiáng)度和延性，以防止基礎(chǔ)損壞。建議進(jìn)一步使用橡膠支座，因?yàn)橄鹉z支座能吸收產(chǎn)生的相對(duì)位移。在上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)之間。在設(shè)計(jì)支座時(shí)，應(yīng)考慮從上部結(jié)構(gòu)到下部結(jié)構(gòu)的力傳遞的正確機(jī)制。防止上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)脫節(jié)的裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)能避免甲板脫節(jié)。注意散熱，提高強(qiáng)度和變形能力。在可能引起與土壤液化相關(guān)的側(cè)向擴(kuò)展的場(chǎng)地，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮其影響。由于評(píng)估橫向擴(kuò)展土壤中土壓力的技術(shù)信息有限，因此必須認(rèn)識(shí)到存在此類(lèi)證據(jù)，并應(yīng)采取任何可能的措施。當(dāng)指南規(guī)范用于所有新建橋梁的抗震設(shè)計(jì)和現(xiàn)有橋梁的抗震加固時(shí)，實(shí)際設(shè)計(jì)工程師可能不太容易遵循新的指南規(guī)范。指南規(guī)范的所有項(xiàng)目適用于極其重要道路上的橋梁，而一些防止結(jié)構(gòu)部件脆性破壞的項(xiàng)目適用于重要道路上的橋梁。如重要道路橋梁采用門(mén)申設(shè)計(jì)、拉結(jié)筋、縱筋端接、支座型式、防脫座裝置、土液化對(duì)策等，其余如設(shè)計(jì)力、鋼橋混凝土等，基礎(chǔ)的延性檢查不適用。

2橋梁抗震設(shè)計(jì)的探析

2.1延性地震系統(tǒng)

通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)破壞的觀察，提出了延性抗震的概念。在實(shí)際的地震破壞中，已經(jīng)觀察到缺乏結(jié)構(gòu)強(qiáng)度并不一定會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞，并且只要結(jié)構(gòu)的初始強(qiáng)度不會(huì)因非彈性變形而劣化并且基本上保持初始強(qiáng)度，就不會(huì)破壞結(jié)構(gòu)。既有橋梁的彈塑性消能部分可以安裝在墩中，以達(dá)到地震系統(tǒng)的目的，并便于檢查和維修墩的受損部分。典型的連續(xù)梁橋和簡(jiǎn)單的支撐梁橋是單柱墩，其消能部分位于墩底，而雙柱墩則是墩頂、墩底和綁梁端。因此，墩柱和系梁被設(shè)計(jì)為柔性部件，在彈性?xún)?nèi)而不會(huì)損壞部件。通常延性地震系統(tǒng)適用于大比例墩和橋梁的地震設(shè)計(jì)。

2.2地震荷載

地震荷載的分析包含的內(nèi)容眾多，需要對(duì)所在地區(qū)的震動(dòng)峰值、加速度進(jìn)行確定，同樣，也要對(duì)抗震設(shè)計(jì)程度進(jìn)行確定。在設(shè)計(jì)期間，橋梁的抗震程度較高，一般要高出1度。在設(shè)計(jì)期間，要增加擋塊，方向?yàn)闄M向與豎向，而且要將橡膠墊片進(jìn)行加裝，在提升橋梁結(jié)構(gòu)延展性期間，可以對(duì)集中部位的鋼筋進(jìn)行適當(dāng)增加。假設(shè)橋梁工程項(xiàng)目為7度區(qū)的高速，對(duì)橋梁的規(guī)格確定為B類(lèi)，這時(shí)可以設(shè)地震的基本烈度、地震動(dòng)峰值加速度、場(chǎng)地地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期分別為7度、0.10g、0.45s。確定出橋梁的墩高為57.5m，又由于橋墩的高度超出30m，已經(jīng)不再是規(guī)則的橋梁，所以，對(duì)于橋梁的抗震性能進(jìn)行分析具有重要意義?？梢酝ㄟ^(guò)MM/TH法對(duì)抗震要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.3基于性能的抗震設(shè)計(jì)

基于性能的抗震設(shè)計(jì)指的是在不同頻率的地震影響下，可以保證橋梁的結(jié)構(gòu)能夠最大限度的預(yù)防地震帶來(lái)的影響，這是橋梁抗震工作的最終目的。這一設(shè)計(jì)理念的最終目的是確保在地震發(fā)生之后，可以最大限度的保護(hù)人員和財(cái)產(chǎn)不受損失或者將損失控制在最小范圍內(nèi)。另外，地震后，確保橋梁的結(jié)構(gòu)依然保持基本的使用性，這種設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)包括以下幾方面。首先是改變了以整體性考量為主的設(shè)計(jì)思路，開(kāi)始向量化的多重目標(biāo)發(fā)展?？拐鹉繕?biāo)的設(shè)計(jì)不僅僅局限在對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)的保障上，更主要的目標(biāo)和內(nèi)在需求是通過(guò)有效的抗震設(shè)計(jì)，最大程度的確保在不同等級(jí)的地震活動(dòng)下滿(mǎn)足橋梁具備不同使用性能的最終目的，保證人民生命財(cái)產(chǎn)不受威脅。在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們可以從以下幾方面入手。首先要重視橋梁的整體性設(shè)計(jì)，防止落梁。一般情況下常規(guī)橋梁的設(shè)計(jì)要重視橋梁縱向的聯(lián)系，同時(shí)增加梁寬以避免主梁出現(xiàn)位移的情況，另外要對(duì)墩臺(tái)頂蓋梁和支座的實(shí)際寬度進(jìn)行分析，結(jié)合具體情況進(jìn)行調(diào)整，要設(shè)置專(zhuān)門(mén)的擋塊;其次要重視結(jié)構(gòu)的規(guī)則性，防止橋體扭曲破壞，在進(jìn)行整體設(shè)計(jì)時(shí)，要確保連續(xù)跨內(nèi)下部墩身的主體剛度保持一致或者相對(duì)統(tǒng)一，確保結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，減小地震的影響，防止扭曲反應(yīng)的擴(kuò)大化;再次，要重視消能、隔振設(shè)計(jì)。位于高烈度區(qū)的橋梁應(yīng)將消能裝置設(shè)置在縱向位置上，還可以將結(jié)構(gòu)阻尼設(shè)置在梁體或者墩臺(tái)位置上形成消能機(jī)制。

2.4鉛芯橡膠支座的應(yīng)用

鉛芯橡膠支座是由疊層橡膠支座及中間的高純度鉛芯組成的減隔震設(shè)施，最早由新西蘭國(guó)家發(fā)明使用，目前過(guò)我的部分橋梁也引進(jìn)并使用了鉛芯橡膠支座。鉛芯橡膠支座中的疊層橡膠可以提供豎向承載力和水平恢復(fù)力，鉛芯是良好的減隔震材料，具有較高的初始剪切模量和理想彈塑性能，其屈服應(yīng)力約為10MPa左右，可以利用其塑性性能吸收和耗散地震能量。鉛芯橡膠支座具良好的屈服強(qiáng)度和剛度，同時(shí)具備減震和隔震的功效，能夠滿(mǎn)足橋梁的減隔震需求，在具體的橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分考慮有效的將鉛芯橡膠支座應(yīng)用于橋梁減隔震設(shè)計(jì)中，以提高橋梁工程的抗震性能。

結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中橋梁發(fā)揮著重要作用，對(duì)于一些山區(qū)而言，橋梁更是聯(lián)系外界的重要途徑。但是，由于我國(guó)幅員遼闊，很多區(qū)域處于地震帶上，對(duì)橋梁的安全性與穩(wěn)定性造成極大影響。為更好地應(yīng)對(duì)地震造成的破壞，需要做好抗震設(shè)計(jì)，所以需要做好橋梁結(jié)構(gòu)、支座剛硬度、橋墩長(zhǎng)度等的設(shè)計(jì)與計(jì)算，確?？拐鹪O(shè)計(jì)的合理性與可靠性。在設(shè)計(jì)期間需要重點(diǎn)關(guān)注一些注意事項(xiàng)，這樣才能為抗震設(shè)計(jì)水平的提升提供支持，確保我國(guó)橋梁工程建設(shè)的有效進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

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（黔東南州交通勘察設(shè)計(jì)院，貴州 凱里 556000）