劉寶柱
(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司天津分院,天津 300073)
市政橋梁工程作為市政工程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié),建造的水平會(huì)影響到人們的出行安全以及一個(gè)地區(qū)的城市發(fā)展。因?yàn)槭姓蛄汗こ痰氖┕きh(huán)境非常復(fù)雜,會(huì)給后期的運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)很大的壓力。同時(shí),市政橋梁工程一般處于自然環(huán)境下,需要市政橋梁工程整體具備較強(qiáng)的承載力和安全性,因此對(duì)市政橋梁工程的設(shè)計(jì)提出了較高的要求??拐鹪O(shè)計(jì)作為工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容,其合理應(yīng)用能夠提高市政橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度,使市政橋梁可以有效地抵抗地震帶來(lái)的破壞力。如果市政橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性達(dá)不到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn),地震一旦發(fā)生就會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)坍塌,將造成大量人員的傷亡和嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。所以,要加強(qiáng)市政橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的合理應(yīng)用,保證工程的設(shè)計(jì)水平。
市政橋梁是指在城市建設(shè)中負(fù)責(zé)各部分交通的一些市政橋梁,可以滿足城市的交通運(yùn)行需求,還可以為地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)很大的良性影響。我國(guó)當(dāng)前的市政橋梁工程與普通的建筑工程相比具有一定的特殊性,主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:第一,市政橋梁工程的建設(shè)資金是由政府部門(mén)支持的,同時(shí)市政橋梁工程施工建設(shè)會(huì)對(duì)居民生活帶來(lái)相應(yīng)的影響。第二,市政橋梁工程施工中會(huì)受到施工場(chǎng)地的限制,施工場(chǎng)地較小會(huì)造成相應(yīng)的交通堵塞問(wèn)題,也會(huì)給工程施工帶來(lái)難度,增加工程的施工成本,延長(zhǎng)工程的施工工期。第三,市政橋梁工程在設(shè)計(jì)和施工建設(shè)過(guò)程中需要注意提高工程抗震性能,加強(qiáng)工程在地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)的抵抗能力,保證市政橋梁工程穩(wěn)定、安全地運(yùn)行。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展,市政橋梁工程的施工建設(shè)速度在逐漸加快,在市政橋梁工程建設(shè)過(guò)程中工程結(jié)構(gòu)的抗震施工是工程的重點(diǎn)與難點(diǎn)。由于受到結(jié)構(gòu)剛度、建筑材料和外界因素的影響,市政橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的問(wèn)題。這樣對(duì)于工程的后期使用會(huì)帶來(lái)不利的影響,甚至出現(xiàn)沉降和坍塌等危害。因此,需要結(jié)合市政橋梁工程的具體施工特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析:第一,市政橋梁結(jié)構(gòu)的剛度需要滿足相應(yīng)的要求。由于市政橋梁的收縮性和膨脹度會(huì)受到多種因素的影響,因此,在施工時(shí)需要加強(qiáng)對(duì)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的高度關(guān)注。第二,市政橋梁工程連接處會(huì)受到車(chē)輛流量、結(jié)構(gòu)自身和外部因素的干擾,出現(xiàn)市政橋梁沉降幅度較大的問(wèn)題,導(dǎo)致連接處出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái),甚至?xí)斐商?chē),威脅行車(chē)安全,也會(huì)對(duì)工程的使用性能發(fā)揮帶來(lái)不利的影響。第三,市政橋梁結(jié)構(gòu)的剛度之間會(huì)存在一定的差異,在車(chē)輛行駛時(shí)兩種不同的結(jié)構(gòu)會(huì)受到同一種荷載的影響,導(dǎo)致荷載量的變化不同,從而出現(xiàn)坍塌。
抗震設(shè)計(jì)也稱(chēng)減隔震設(shè)計(jì),包括隔震設(shè)計(jì)與減震設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。隔震設(shè)計(jì)是利用隔震支座、阻尼器等隔震裝置將地基和市政橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔離,一旦發(fā)生地震,隔震裝置就可以吸收部分地震能量,提高市政橋梁結(jié)構(gòu)的整體受力能力,從而對(duì)市政橋梁結(jié)構(gòu)起到全面的緩沖保護(hù)作用。而減震設(shè)計(jì)是利用與速度有關(guān)的黏性抵抗地震作用,從黏滯材料的運(yùn)動(dòng)中獲得阻尼力,消耗地震能量。良好的抗震設(shè)計(jì)能夠提高市政橋梁工程的整體安全性和穩(wěn)定性,還可以有效抵抗地震災(zāi)害帶來(lái)的影響。我國(guó)的市政橋梁工程建設(shè)地理環(huán)境非常復(fù)雜,特別是在一些地震多發(fā)帶,結(jié)合良好的抗震設(shè)計(jì)能夠保證工程的施工建設(shè)水平以及后期的使用安全,提高人們的出行效率,為地區(qū)的穩(wěn)定發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。
抗震設(shè)計(jì)需要遵循一定的原理和標(biāo)準(zhǔn),才能保證市政橋梁結(jié)構(gòu)的施工效果以及抗震能力??拐鹪O(shè)計(jì)的原理包括兩個(gè)方面:第一,結(jié)構(gòu)控制。市政橋梁結(jié)構(gòu)在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)通常要采取對(duì)應(yīng)的控制技術(shù)才可以確保設(shè)計(jì)的合理性,其中包括混合控制技術(shù)、被動(dòng)控制技術(shù)以及主動(dòng)控制技術(shù)。設(shè)計(jì)人員在實(shí)施抗震設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循被動(dòng)控制的原理,針對(duì)市政橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)合理的安排,提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。第二,延性設(shè)計(jì)。針對(duì)市政橋梁結(jié)構(gòu)的抗震延性設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合市政橋梁結(jié)構(gòu)的具體受力點(diǎn),選擇相應(yīng)的塑性鉸進(jìn)行合理的安置,加強(qiáng)一些細(xì)節(jié)的控制,能夠保障市政橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與安全。實(shí)施延性設(shè)計(jì)的主要目的是在發(fā)生地震時(shí),可以有效地控制和降低地震的能量,使市政橋梁整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度得到全面提升。如果發(fā)生了較高級(jí)別的地震災(zāi)害,通過(guò)合理的延性設(shè)計(jì)還可以避免結(jié)構(gòu)坍塌。然而,在實(shí)際地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)還是會(huì)對(duì)市政橋梁結(jié)構(gòu)造成一定的損傷,所以作為設(shè)計(jì)人員要科學(xué)地選擇更先進(jìn)、更適用的隔震設(shè)計(jì)技術(shù),加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震能力。
地震災(zāi)害的發(fā)生是由于地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變而產(chǎn)生劇烈的震動(dòng),在地震的震中區(qū)域會(huì)出現(xiàn)地面上下抖動(dòng)以及顛簸的現(xiàn)象。地震作為一種突發(fā)性的自然災(zāi)害,具有短暫性以及不確定性的特征。如果某一地區(qū)出現(xiàn)了地震災(zāi)害,很有可能會(huì)導(dǎo)致這一地區(qū)空間范圍內(nèi)的地形結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的改變,甚至出現(xiàn)地面結(jié)構(gòu)裂縫,導(dǎo)致市政橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫甚至坍塌。所以,在市政橋梁工程設(shè)計(jì)時(shí)要結(jié)合地震發(fā)生的情況,采取針對(duì)性的抗震設(shè)計(jì),保證設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定。
在市政橋梁工程的使用過(guò)程中如果發(fā)生了地震災(zāi)害,將會(huì)對(duì)工程的結(jié)構(gòu)帶來(lái)嚴(yán)重的破壞。主要表現(xiàn)在市政橋梁結(jié)構(gòu)以及地基在地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)遭受了來(lái)自市政橋梁外表面結(jié)構(gòu)的一種破壞力的影響,從而引起嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)內(nèi)部損壞。市政橋梁結(jié)構(gòu)的具體破壞形式會(huì)因?yàn)榈卣鸺?jí)別以及市政橋梁自身強(qiáng)度的不同而有所不同。通常情況下,地震會(huì)造成市政橋梁結(jié)構(gòu)位移以及上部結(jié)構(gòu)安全性能下降,由于市政橋梁結(jié)構(gòu)以及地基受到了相應(yīng)的破壞,嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致市政橋梁結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、坍塌。
在當(dāng)前我國(guó)市政橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中需要設(shè)計(jì)人員嚴(yán)格遵循相應(yīng)的原則,才能夠保證設(shè)計(jì)滿足后續(xù)工程要求以及符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。其具體原則包括以下七個(gè)方面:第一,市政橋梁結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計(jì)時(shí)要保證市政橋梁工程施工建設(shè)地區(qū)的地質(zhì)條件以及地形結(jié)構(gòu)等符合市政橋梁工程設(shè)計(jì)規(guī)劃。結(jié)合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),嚴(yán)格地對(duì)地震自然災(zāi)害可能發(fā)生的情況進(jìn)行全面的分析,選擇有針對(duì)性的市政橋梁結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)施工結(jié)構(gòu)。第二,市政橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要保證工程的抗震能力。市政橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)避免出現(xiàn)大跨度以及高橋墩等方式,此類(lèi)方式會(huì)影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,不利于抗震。第三,市政橋梁結(jié)構(gòu)的整體外觀形式需盡量簡(jiǎn)化,應(yīng)選用自重較輕的建筑材料有效地降低市政橋梁結(jié)構(gòu)的重心,這樣既便于工程結(jié)構(gòu)的施工建設(shè),又能有效提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。第四,在市政橋梁的外觀設(shè)計(jì)中還需要避免選擇截面較大的市政橋梁結(jié)構(gòu),此類(lèi)結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致頭重腳輕。第五,要保證市政橋梁結(jié)構(gòu)自身的安全性與整體連接性,并加強(qiáng)連接的穩(wěn)固性以及延伸性,在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置合理的減速器和相應(yīng)的塑型鉸支座提高防震能力。第六,市政橋梁結(jié)構(gòu)施工要選擇先進(jìn)的施工技術(shù),加強(qiáng)對(duì)工程結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,保證工程結(jié)構(gòu)的安全。在選擇抗震措施時(shí)要遵循優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則,加強(qiáng)對(duì)各種方法的創(chuàng)新,提高工程力學(xué)計(jì)算的精準(zhǔn)度,確保市政橋梁結(jié)構(gòu)中相應(yīng)配置構(gòu)建的合理性。第七,在進(jìn)行市政橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí),要保證設(shè)計(jì)方案符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
我國(guó)地域遼闊也是一個(gè)地震多發(fā)的國(guó)家。地震會(huì)給每個(gè)地區(qū)的基礎(chǔ)建設(shè)設(shè)施帶來(lái)一定的危害,同時(shí)會(huì)威脅到居民的生命安全。其中,實(shí)施市政橋梁工程建設(shè)是在地震災(zāi)害下進(jìn)行搶險(xiǎn)救災(zāi),重建城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施。為了保證市政橋梁工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,有效地抵抗地震帶來(lái)的災(zāi)害,就需要加強(qiáng)對(duì)市政橋梁結(jié)構(gòu)的科學(xué)設(shè)計(jì),保證工程后期使用過(guò)程中不會(huì)遭受破壞,避免市政橋梁損壞以及人員的傷亡。同時(shí),不同的市政橋梁結(jié)構(gòu)破壞彼此之間的相互影響,例如,在市政橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)如果采取了頭重腳輕的方式,那么在地震作用力下整個(gè)市政橋梁的強(qiáng)度就會(huì)大大降低,也會(huì)造成橋墩的破壞,進(jìn)而引發(fā)整個(gè)市政橋梁出現(xiàn)坍塌的危害。另外,不同地震措施以及相應(yīng)的地質(zhì)條件也是導(dǎo)致市政橋梁結(jié)構(gòu)受到影響的關(guān)鍵因素。在較大地震作用下,市政橋梁結(jié)構(gòu)整體會(huì)受到一定的震動(dòng)力。為了有效地減輕地震災(zāi)害,對(duì)于市政橋梁結(jié)構(gòu)的不良影響,就需要在市政橋梁工程建設(shè)過(guò)程中注重工程的抗震設(shè)計(jì)。加強(qiáng)整個(gè)市政橋梁結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)以及施工水平,保證市政橋梁結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定,避免地震災(zāi)害的不良損失。除此之外,在現(xiàn)代化城市的建設(shè)過(guò)程中市政橋梁工程也是整個(gè)交通運(yùn)輸體系非常重要的一個(gè)組成部分,保證市政橋梁工程的抗震效果,就是提高市政橋梁工程的整體建設(shè)水平,為現(xiàn)代化城市的穩(wěn)定發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。
在現(xiàn)階段的市政橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中市政橋梁結(jié)構(gòu)抗震系數(shù)提升是設(shè)計(jì)關(guān)注的重點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中要選擇科學(xué)的抗震方法,保證市政橋梁結(jié)構(gòu)的抗震水平。靜力法作為抗震設(shè)計(jì)的重點(diǎn),它能夠在地震發(fā)生時(shí)有效避免地面運(yùn)動(dòng)以及物體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性,對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的保護(hù)。從力學(xué)的角度分析,地震加速度會(huì)產(chǎn)生一定的破壞力,針對(duì)動(dòng)力特征,結(jié)合結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)以及相應(yīng)的震動(dòng)周期,在地震發(fā)生時(shí),盡量避免結(jié)構(gòu)受到破壞力的影響。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中要加強(qiáng)對(duì)靜力法的正確認(rèn)識(shí),將其融合到抗震設(shè)計(jì)工作中,提高市政橋梁結(jié)構(gòu)抗震水平。
反應(yīng)譜法的應(yīng)用主要是對(duì)地震系數(shù)的數(shù)值進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算,結(jié)合地震加速度的具體情況獲取相應(yīng)的規(guī)律數(shù)值,用不同的阻尼比進(jìn)行反應(yīng)譜分析。確定阻尼比之后,結(jié)合相關(guān)的數(shù)據(jù),加強(qiáng)對(duì)地震加速度的分析。在市政橋梁工程抗震設(shè)計(jì)時(shí)要通過(guò)擴(kuò)大動(dòng)力的方式加強(qiáng)系數(shù)結(jié)構(gòu),調(diào)整結(jié)構(gòu)對(duì)于地震的反應(yīng)能力。此外,還可以采用非彈性反應(yīng)譜法,結(jié)合彈性結(jié)構(gòu)的具體分析,強(qiáng)調(diào)在地震作用下結(jié)構(gòu)的彈性塑變情況。
加強(qiáng)市政橋梁結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的強(qiáng)度在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中是至關(guān)重要的。市政橋梁結(jié)構(gòu)如果受到地震的影響將會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)震動(dòng),因此需要結(jié)合地基的實(shí)際情況了解震動(dòng)能量的大小,通過(guò)減隔震裝置使其結(jié)構(gòu)具備較高的強(qiáng)度。在市政橋梁的高度設(shè)計(jì)時(shí)還需要根據(jù)地基實(shí)際情況,結(jié)合抗震能力的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析,了解地震可能帶來(lái)的地基變形程度,從而在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中,在不斷增加市政橋梁結(jié)構(gòu)重量以及高度的基礎(chǔ)上,保證市政橋梁工程總體強(qiáng)度得到全面的提升。
對(duì)于市政橋梁工程的施工建設(shè)其結(jié)構(gòu)體系的規(guī)則性,對(duì)于整個(gè)結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定會(huì)產(chǎn)生較大的影響。同時(shí),在地震作用力下,市政橋梁的結(jié)構(gòu)也會(huì)更加的安全穩(wěn)固,因此在工程抗震設(shè)計(jì)中要注意規(guī)則性,特別是上部市政橋梁結(jié)構(gòu)要保證整個(gè)施工的連續(xù)性。如果結(jié)構(gòu)體系規(guī)則性比較好,可以有效地防止地震災(zāi)害帶來(lái)的不良影響,同時(shí)有效提升市政橋梁結(jié)構(gòu)的合理布局。另外,在市政橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中還需要通過(guò)立面和平面的設(shè)計(jì)角度,保證整個(gè)結(jié)構(gòu)的剛度和設(shè)計(jì)效果,要確保市政橋梁的對(duì)稱(chēng)性和均勻性。防止一些結(jié)構(gòu)突變的情況,否則就會(huì)影響結(jié)構(gòu)的使用。例如,在市政橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要保證橋墩橋跨度滿足標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范要求,同時(shí)還要提高整個(gè)市政橋梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性,確保市政橋梁左右兩側(cè)的結(jié)構(gòu)能夠良好的對(duì)稱(chēng),提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固效果。
在地震災(zāi)害作用力的影響下,市政橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜的內(nèi)部變化,這樣會(huì)導(dǎo)致整個(gè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的安全性受到很大的影響。市政橋梁結(jié)構(gòu)的使用性能是指市政橋梁結(jié)構(gòu)或者相關(guān)的構(gòu)件其強(qiáng)度和使用的延伸性,它決定了工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效果。同時(shí),作為施工企業(yè)要加強(qiáng)對(duì)市政橋梁結(jié)構(gòu)延伸性和強(qiáng)度的使用性能控制。一旦發(fā)生了地震災(zāi)害,地震波會(huì)導(dǎo)致市政橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不良的震動(dòng),嚴(yán)重的從地基傳入市政橋梁結(jié)構(gòu),這樣會(huì)給市政橋梁的使用安全帶來(lái)較大的危害。同時(shí)為了加強(qiáng)市政橋梁結(jié)構(gòu)的延伸性和強(qiáng)度,避免在地震災(zāi)害下受到的破壞,需要在不改變剛度和重量的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)市政橋梁結(jié)構(gòu)總體延伸性能的提升,加強(qiáng)整個(gè)市政橋梁的抗震效果。另外,改善橋梁結(jié)構(gòu)的剛度也可以避免地震帶來(lái)的危害,防止市政橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形的情況。而市政橋梁結(jié)構(gòu)的延伸性和強(qiáng)度也是決定整個(gè)市政橋梁結(jié)構(gòu)使用效果的重要因素。特別是在地震災(zāi)害下,市政橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要反復(fù)的研究,提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。例如:針對(duì)市政橋梁?jiǎn)味战Y(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí),為了加強(qiáng)整個(gè)橋墩的結(jié)構(gòu)延伸效果,防止地震災(zāi)害再來(lái)的破壞力。就需要對(duì)橋墩結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)地設(shè)置,應(yīng)用彈性支座,保證整個(gè)結(jié)構(gòu)的彈性效果,防止延伸性受到破壞。另外,還可以通過(guò)加強(qiáng)市政橋梁結(jié)構(gòu)的截面和配筋率,增強(qiáng)混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)的使用效果,保證在地震災(zāi)害下整個(gè)市政橋梁結(jié)構(gòu)更加的安全。
在現(xiàn)代化城市的建設(shè)過(guò)程中市政橋梁工程的施工建設(shè)是城市發(fā)展的重要工程項(xiàng)目,只有保證市政橋梁工程的科學(xué)設(shè)計(jì)和合理施工,才可以提高工程的安全性和穩(wěn)定性。而在市政橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中需要根據(jù)工程的具體施工要求、現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,提高結(jié)構(gòu)的抗震能力,有效地避免因地震災(zāi)害帶來(lái)的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。