橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計與設(shè)防措施

薛玲莉

（蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210019）

當(dāng)前的橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計存在諸多的問題影響了橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，因此在實際工作中需要適當(dāng)?shù)慕梃b其他地區(qū)在橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方面的經(jīng)驗，根據(jù)本地區(qū)的橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)置相對應(yīng)的抗震設(shè)計方案，從而使得橋梁本身的抗震系數(shù)能夠得到全面提高。在實際工作中需要了解橋梁抗震設(shè)計的要點(diǎn)以及設(shè)防的措施，從而使得橋梁設(shè)計效果能夠得到全面提高。

1 橋梁抗震結(jié)構(gòu)概述

在進(jìn)行橋梁抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計之前，需要了解橋梁抗震結(jié)構(gòu)本身的特點(diǎn)，從而為后續(xù)的設(shè)計工作提供重要的支撐。橋梁工程屬于當(dāng)前時代下重要的建設(shè)工程，抗震系數(shù)的提高影響了橋梁工程本身的穩(wěn)定性，在抗震設(shè)計中，主要是根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗等相關(guān)內(nèi)容來進(jìn)行日常的設(shè)計，選擇正確的設(shè)計思想，從整體性角度構(gòu)建完整結(jié)構(gòu)總方案，細(xì)致性地進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，從而達(dá)到抗震效果，合理性的抗震設(shè)計要在剛度和強(qiáng)度上滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并且實現(xiàn)強(qiáng)度和剛度的最佳組合，使得橋梁的抗震效果能夠得到全面提高[1]。橋梁屬于交通中的重要組成部分，橋梁如果被破壞不僅會影響人們正常出行，還會帶來較為嚴(yán)重的安全問題，因此在實際工作中需要更加科學(xué)而有序地進(jìn)行橋梁抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計，從以往的設(shè)計經(jīng)驗來看，一些橋梁經(jīng)常會出現(xiàn)開裂和混凝土剝落等問題，嚴(yán)重時內(nèi)部鋼筋也會出現(xiàn)裸露情況，因此在實際工作中需要更加科學(xué)而有序地開展橋梁抗震設(shè)計，為后續(xù)的使用提供重要基礎(chǔ)。

2 橋梁結(jié)構(gòu)的震害研究

2.1 原因

地震對于橋梁結(jié)構(gòu)的影響是比較大的，很容易導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞的問題，使得橋梁安全性和質(zhì)量無法滿足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，在實際工作中需要加強(qiáng)對橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計和設(shè)防的重視程度，并且還需要了解橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)震害的原因。橋梁結(jié)構(gòu)震害包括橋梁振動和場地相對位移變化，產(chǎn)生了強(qiáng)制性的變形，在場地運(yùn)動的引力下，慣性會將地震作用于加載強(qiáng)硬結(jié)構(gòu)中，而出現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)振動問題。其次還會由于場地的位移而引起，在場地位移下不通過強(qiáng)制性變形，形成了超靜定內(nèi)力使得橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形情況，在地震作用下，橋梁結(jié)構(gòu)會受到不同程度的破壞問題，使得安全性很難得到有效保障，比如橋墩的開裂和傾斜等等，由于地震對于橋梁結(jié)構(gòu)的破壞程度存在一定差異性，所以其中的表現(xiàn)形式也存在著一定差異性，在地震發(fā)生后會使橋梁出現(xiàn)位移，對各個節(jié)點(diǎn)造成嚴(yán)重影響，節(jié)點(diǎn)的承載力和角度發(fā)生一定變化，那么會使橋梁本身出現(xiàn)相互碰撞問題，一部分橋梁會出現(xiàn)整體隆起。在地震發(fā)生之后，由于橋梁地基周圍土質(zhì)發(fā)生了變化，那么橋梁內(nèi)部也會出現(xiàn)位移，在位移作用下很容易出現(xiàn)橋梁落梁的情況。與此同時，支座和橋墩彎曲也是橋梁震害常見的表現(xiàn)形式，使得橋梁結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)很難得以充分保證。所以在實際工作中，需要從不同方面入手加強(qiáng)對橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的優(yōu)化力度，同時還需要設(shè)置安全防護(hù)措施，提高實際的設(shè)計效果和水平。

2.2 表現(xiàn)形式

2.2.1 橋臺

如果橋梁結(jié)構(gòu)中的抗震系數(shù)大于橋梁本身承受的壓力，會出現(xiàn)橋臺震害，主要表現(xiàn)是橋臺和路基一起出現(xiàn)移動的問題，并且橋臺還出現(xiàn)傾斜和開裂，底部出現(xiàn)下沉和轉(zhuǎn)動。與此同時，在橋臺表面處還會出現(xiàn)不同程度的裂縫和開裂，很容易和主梁產(chǎn)生相撞，橋臺滑移和傾斜會導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)本身壓力不斷增大而使主梁出現(xiàn)返工的問題，這一情況在實際工作中比較常見，危害也比較大。因此在日常設(shè)計工作中需要考慮這一部分震害發(fā)生的特點(diǎn)，優(yōu)化實際的設(shè)計方案，凸顯現(xiàn)代化的設(shè)計模式。

2.2.2 樁墩

常見的表現(xiàn)是傾斜和開裂或者是混凝土橋墩下部鋼筋朝燈籠狀的方向而變形，混凝土也會存在崩裂的問題。傾斜有單向和八字開裂，主要是由于各個樁基的連接處存在一定的偏差而導(dǎo)致的。

2.2.3 支座

主要表現(xiàn)為傾斜和開裂等問題，固定支座的螺栓出現(xiàn)了傾斜和壓碎的問題，使得整體結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定，同時這一破壞的原因還和下部混凝土壓碎有著密切的關(guān)系，尤其是在脫落和移位之后，結(jié)構(gòu)中的力會朝著中間部位不斷變化，對其他結(jié)構(gòu)和抗震性能造成非常嚴(yán)重的影響[2]。如果在實際工作中并沒有加強(qiáng)對這一問題的重視，那么會使得震害不斷增加影響人們行車的安全性。

3 我國抗震設(shè)防的標(biāo)準(zhǔn)

在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，需要明確主要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，將經(jīng)濟(jì)和技術(shù)進(jìn)行相互融合，使得實際設(shè)計方案能夠具備科學(xué)性的特征。在實際工作中需要根據(jù)道路橋梁本身特點(diǎn)進(jìn)行有效分類，并且還要制定正確的設(shè)計方案，我國當(dāng)前現(xiàn)有公路橋梁課程設(shè)計中，地震標(biāo)準(zhǔn)偏低，并且僅僅只有一級的水準(zhǔn)，我國當(dāng)前現(xiàn)行的公路工程，抗震設(shè)計對于地震結(jié)構(gòu)的反應(yīng)規(guī)律認(rèn)識，存在著一定的限制之處，使得抗震設(shè)計理念和方法存在一定的偏差。在實際工作中可以適當(dāng)借鑒國外關(guān)于抗震設(shè)計方面的要求以及標(biāo)準(zhǔn)，再結(jié)合我國當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行相互融合，科學(xué)的計算相關(guān)參數(shù)，還要掌握主要的抗震要求，融入新型的抗震設(shè)計理念，從而使得最終的設(shè)計效果能夠符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

4 橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計與設(shè)防措施

4.1 抗震設(shè)計的方法

4.1.1 靜力法

橋梁結(jié)構(gòu)抗震系數(shù)提高已經(jīng)成為設(shè)計工作中需要廣泛關(guān)注的問題，在實際工作中需要選擇正確的抗震方法，使得最終的抗震效果能夠得到全面提高。在實施工作中可以選擇靜力方法進(jìn)行抗震設(shè)計，假設(shè)各個物體和各個部分之間的地震具有相同的震動，結(jié)構(gòu)上的作用只局限于地面運(yùn)動或者是物質(zhì)質(zhì)量所產(chǎn)生的慣性力，在實際設(shè)計方案中需要忽視進(jìn)容運(yùn)動特征和結(jié)構(gòu)的動力性，通過地震的慣性力來進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析[3]。從動力學(xué)的角度來看，地震加速度只是作為結(jié)構(gòu)破壞的單一因素，具有一定的局限之處，并且還要考慮動力特征方面的因素，只有結(jié)構(gòu)物的基本特征，周期比地面卓越周期小時，那么當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，橋梁結(jié)構(gòu)不會受到任何的破壞。在實際工作中需要加強(qiáng)對靜立法的有效認(rèn)識以及了解，同時還需要融入抗震計算方面的工作要點(diǎn)，使得抗震設(shè)計效果能夠得到全面提高。

4.1.2 反應(yīng)譜法

在這一方法運(yùn)用的過程中，主要是從地震系數(shù)的取值來進(jìn)行水準(zhǔn)的有效選擇，根據(jù)地震的加速度來獲取相對應(yīng)的規(guī)律數(shù)值，并且一個反應(yīng)在一定體系內(nèi)要確定阻尼比之后，再根據(jù)數(shù)據(jù)的搜集來獲取有關(guān)地震加速度的變化情況，通過曲線的繪制來了解平均值。在公路抗震設(shè)計規(guī)范中要不斷地擴(kuò)大動力的放大系數(shù)結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，要以卓越周期為主要的基礎(chǔ)，并且在地震波的激勵下進(jìn)行強(qiáng)迫震動。在實施工作中需要根據(jù)不同的特征周期和不同場地的對應(yīng)反應(yīng)譜進(jìn)行日常的設(shè)計，繪制反應(yīng)譜曲線，使得設(shè)計方案能夠具備科學(xué)性的特點(diǎn)。

其次，在實際設(shè)計工作中還可以采取非彈性的反應(yīng)譜法，根據(jù)彈性結(jié)構(gòu)的體系進(jìn)入到非線性的狀態(tài)中，彈性反應(yīng)譜分析方法以結(jié)構(gòu)的加速度為主要基礎(chǔ)，在強(qiáng)烈地震作用下，結(jié)構(gòu)將進(jìn)入到彈塑性變形階段，這時結(jié)構(gòu)剛度和自證特征都發(fā)生了一定改變，彈性反應(yīng)譜法在計算結(jié)構(gòu)地震力時并不能反映非線性的損傷過程，但是可以在彈性反應(yīng)譜技術(shù)上發(fā)展出非彈性的反應(yīng)譜，在非線性反應(yīng)譜設(shè)計工作中需要特別注意其中的缺點(diǎn)，比如要假設(shè)一個特殊的質(zhì)變反應(yīng)特征，例如彈塑性反應(yīng)特征和假設(shè)存在著一定差異的話，那么非彈性反應(yīng)譜的作用會不斷削弱，以此使得結(jié)構(gòu)設(shè)計方案無法滿足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。因此，在實際設(shè)計之前需要加強(qiáng)對現(xiàn)場情況的有效了解和認(rèn)識，做好數(shù)據(jù)的分析工作，將不同的設(shè)計理念融入其中，提高實際的設(shè)計效果。

最后，可以采取動力時程分析方法，主要是利用實際地震面運(yùn)動加速度的記錄來進(jìn)行抗震分析以及假設(shè)，在設(shè)計方案制定時要考慮結(jié)構(gòu)的彈性和彈塑性的形態(tài)，充分結(jié)合地震本身的影響要素來進(jìn)行綜合性分析，在復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)抗震分析設(shè)計工作中需要提供和設(shè)計模式相匹配的地面運(yùn)動加速度的設(shè)計方案，構(gòu)件完善的模型，例如屈服模型等等，之后再通過三維立體化技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的簡化設(shè)計。在后續(xù)工作中要采取積分的方法計算每個結(jié)構(gòu)，在不同時刻的彈塑性地震反應(yīng)，也可以用相同的方法找到結(jié)構(gòu)中的薄弱部位來完善實際的設(shè)計方案。

4.2 設(shè)防的措施

4.2.1 場地的整體規(guī)劃

在進(jìn)行這一部分工作時需要了解地震的危險性，盡可能地選擇正確的施工位置，同時還需要在場地內(nèi)通過合理性規(guī)劃來為后續(xù)施工提供重要的基礎(chǔ)。在實際實施時要避免地震發(fā)生時很有可能發(fā)生的地基失效問題，對于松軟場地來說要進(jìn)行有效處理，在實際工作中要盡可能選擇堅硬的場地進(jìn)行日常工作，橋梁整體性要好，并且上部結(jié)構(gòu)要保持連續(xù)性的特征，通過較為完善的可靠性以及穩(wěn)定性，能夠防止一些結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)散落問題。在后續(xù)工作中要充分結(jié)合空間作用的基本條件，在平面和立面上優(yōu)化整體的結(jié)構(gòu)布置，并且考慮有關(guān)幾何尺寸和質(zhì)量方面的因素，保證剛度是非常均勻的。在對稱和規(guī)整方面能夠符合相關(guān)要求，從而防止在地震發(fā)生時出現(xiàn)突然變形的問題而影響實際的設(shè)計效果。

4.2.2 結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的強(qiáng)度

提高結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的強(qiáng)度在實際設(shè)防工作中是非常重要的，橋梁結(jié)構(gòu)的地震破壞，主要是由于地震而引起的結(jié)構(gòu)振動，所以在實際工作中需要根據(jù)地基的特點(diǎn)來了解結(jié)構(gòu)的振動能量，將此作為最小值，使得結(jié)構(gòu)能夠具備較高的強(qiáng)度以及高度。在實際工作中需要在不增加重量和高度的前提下，使得總體強(qiáng)度能夠得到全面提高，在高度選擇方面需要依據(jù)現(xiàn)場情況來提高實際的設(shè)計效果。強(qiáng)度是決定抗震能力的重要參數(shù)，地震很有可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)反復(fù)變形的問題，使得剛度和強(qiáng)度在不斷退化，所以在實施工作中需要加強(qiáng)對這一問題的有效認(rèn)識，做好延性設(shè)計，不斷完善抗震的設(shè)計模式和方案。

4.3 需要注意的問題

4.3.1 抗震設(shè)計需要注意的問題

在進(jìn)行抗震設(shè)計時需要做好基礎(chǔ)性規(guī)劃，根據(jù)橋梁位置來完善總體的設(shè)計方案，在進(jìn)行位置選擇時要盡可能選擇比較堅硬的場地，比如堅硬碎石地基等，這都是比較理想的施工地點(diǎn)。同時對于不穩(wěn)定的坡頂來說，要進(jìn)行有效處理，在實際設(shè)計工作中要避免跨越地質(zhì)斷層，如果由于場地的限制必須要進(jìn)行跨越的話，則要根據(jù)地質(zhì)情況的有效分析，從安全性角度來考慮后續(xù)的施工效果。在抗震設(shè)計工作中，需要根據(jù)橋梁本身的重量以及高度均勻分布的情況來提高后續(xù)的施工效果，在抗震設(shè)計時需要掌握橋梁的選型，把握關(guān)鍵的程序，在橋梁選型時要結(jié)合不同的因素，比如地形和地質(zhì)條件等，根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行合理性設(shè)計，從技術(shù)可行性上優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)的體系，從而達(dá)到最佳的設(shè)計效果。對于傾斜地區(qū)來說，抗震性能偏低，對于橋墩的基本動力放大系數(shù)的影響比較大，這就很容易加大震害發(fā)生的程度，在發(fā)生地震時很容易出現(xiàn)偏移的問題而導(dǎo)致錯位，在實際工作中需要加強(qiáng)對這些問題的重視程度，如果情況允許的話，可以從整體性的角度進(jìn)行深入分析以及研究，具體問題具體劃分。

4.3.2 合理性的設(shè)置和布置

在實際抗震設(shè)計時，要特別關(guān)注有關(guān)支座形式方面的問題，研究數(shù)據(jù)表明，在某些地區(qū)發(fā)生地震之后，普通橡膠支座破壞會使損傷不斷加大，所以在支座形式方面需要根據(jù)橋梁設(shè)防的要求以及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合理性設(shè)置，根據(jù)基本地震的動峰加速度值來選擇減震性的橡膠支座。通過支座的合理性布置能夠降低地震對于橋梁本身的負(fù)面影響。值得注意的是，在實際設(shè)計工作中不要選擇同一種類型的固定支座，需要融入活動性制作的布置方式，并且考慮各個支座所受到的水平壓力，做好數(shù)值的計算以及分析工作，從而使得最終的設(shè)計效果能夠達(dá)到預(yù)期的狀態(tài)以及標(biāo)準(zhǔn)。同時，還需要根據(jù)抗剪計算進(jìn)行估計的合理性配置，確定好不同箍筋的間距等，做好細(xì)節(jié)性的構(gòu)造，滿足抗震設(shè)計要求以及標(biāo)準(zhǔn)，通過細(xì)節(jié)性的設(shè)計，不斷完善抗震設(shè)計的方案。

5 結(jié)束語

在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，需要優(yōu)化常規(guī)性的橋梁結(jié)構(gòu)，融入先進(jìn)的科技手段，使得設(shè)計方案能夠具備科學(xué)性的特征，注重細(xì)節(jié)性的構(gòu)造，要特別注意不同構(gòu)造之間的銜接，結(jié)合以往的設(shè)計經(jīng)驗，不斷完善設(shè)計方案，做好數(shù)值計算以及分析工作，通過靈活性角度來提高實際的設(shè)計效果，推動我國橋梁設(shè)計行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。