基于公路橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)研究

張珍珍 馮曉慶

周口市公路勘察設(shè)計(jì)院

基于公路橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)研究

張珍珍 馮曉慶

周口市公路勘察設(shè)計(jì)院

在公路橋梁工程建設(shè)中，抗震設(shè)計(jì)是具有實(shí)用性的重要環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)公路橋梁工程的使用性能及抗震能力將起到關(guān)鍵性的作用，如設(shè)計(jì)不符合施工要求，會(huì)造成極大的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。做好抗震設(shè)計(jì)工作是確保公路橋梁工程施工質(zhì)量的重要保障，在公路橋梁工程施工中，要求該工程具有良好地抗震性、穩(wěn)定性。由此可見，抗震設(shè)計(jì)在公路橋梁工程施工中具有重要意義。

公路橋梁；抗震設(shè)計(jì)；參數(shù)；要點(diǎn)

一、公路橋梁主要震害現(xiàn)象及原因分析

1、震害現(xiàn)象

從早期歷次破壞性地震中，調(diào)查得到的公路橋梁主要震害現(xiàn)象可以總結(jié)為以下幾類：

(1)上部結(jié)構(gòu)的墜毀、落梁現(xiàn)象在早期的破壞性地震中常有發(fā)生。從梁體下落的形式看，順橋向的占絕大多數(shù)。梁在順橋方向發(fā)生墜落時(shí)，梁端撞擊橋墩側(cè)壁，給下部結(jié)構(gòu)帶來很大的破壞。據(jù)此認(rèn)為，最危險(xiǎn)的地震作用方向來自于順橋方向。

(2)支承連接部位的破壞、橋梁支座、伸縮縫和掛梁懸掛節(jié)點(diǎn)等支承連接部位歷來被認(rèn)為是橋梁結(jié)構(gòu)體系上抗震性能比較薄弱的一個(gè)環(huán)節(jié)，在早期歷次破壞性地震中，支承連接部位的震害現(xiàn)象都極為普遍。

(3)下部結(jié)構(gòu)的破壞、墩、臺(tái)嚴(yán)重的破壞現(xiàn)象包括倒塌、斷裂和嚴(yán)重傾斜；對(duì)鋼筋混凝土橋墩，其它破壞現(xiàn)象還包括墩柱輕微開裂、保護(hù)層混凝土剝落、縱向鋼筋屈曲和斷裂等。基礎(chǔ)自身的破壞現(xiàn)象則較少發(fā)現(xiàn)，其震害的主要形式表現(xiàn)為基礎(chǔ)沉降、滑移等。上部結(jié)構(gòu)墜毀極少是源于直接的地震動(dòng)力效應(yīng)，而是源于支座失效和下部結(jié)構(gòu)的失效。下部結(jié)構(gòu)失效的直接起因，早期最普遍的是源于地基液化或岸坡失穩(wěn)，也有部分源于自身強(qiáng)度的不足。

2、震害原因分析

(1)設(shè)計(jì)方法上的缺陷。對(duì)近期幾次破壞性地震的調(diào)查表明，遭受嚴(yán)重破壞的橋墩都是采用基于線彈性理論的強(qiáng)度設(shè)計(jì)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在這種設(shè)計(jì)方法中，唯一考慮的因素只有靜態(tài)的“力”，而沒有考慮“變形能力”和“耗能能力”。這就導(dǎo)致鋼筋混凝土墩柱在強(qiáng)烈地震動(dòng)作用下，往往因設(shè)計(jì)彎曲延性不足或塑性鉸區(qū)設(shè)計(jì)抗剪強(qiáng)度不足而彎剪破壞或剪切破壞.

(2)細(xì)部構(gòu)造方面的缺陷。細(xì)部構(gòu)造方面的缺陷包括橫向箍筋數(shù)量不足和間距過大，因而不足于約束混凝土和防止縱向受壓鋼筋屈曲，縱向鋼筋和橫向箍筋錨不足導(dǎo)致粘結(jié)失效，以及主筋采用搭接或焊接接頭沒有錯(cuò)層等。細(xì)部構(gòu)造方面的缺陷對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能的不利影響，早已被橋梁震害實(shí)踐所反復(fù)證明。另外蓋梁和節(jié)點(diǎn)破壞的原因類似于墩柱破壞，也主要源于設(shè)計(jì)方法和細(xì)部構(gòu)造兩方面的缺陷。

二、公路橋梁抗震設(shè)計(jì)的參數(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，我國(guó)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也越來越完善，抗震設(shè)計(jì)作為橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分，其主要參考參數(shù)主要有3個(gè)方面：剛度、強(qiáng)度及延性。

1、剛度

在地震側(cè)向力作用下位確保結(jié)構(gòu)變形計(jì)算的準(zhǔn)確性和可靠性，必須對(duì)其變形情況進(jìn)行有效控制，這種情況下，相關(guān)工作人員必須將實(shí)際結(jié)構(gòu)剛度準(zhǔn)確估算出來，這個(gè)量值可以將荷載、作用力及結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行緊密連接。公路橋梁結(jié)構(gòu)剛度估算值對(duì)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)位移預(yù)期值具有關(guān)鍵性的作用。

2、強(qiáng)度

結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否符合設(shè)計(jì)規(guī)定對(duì)地震破壞程度具有關(guān)鍵性的作用，較高的強(qiáng)度可以保證在地震作用下公路橋梁免遭損壞，并在其彈性地震反應(yīng)中所出現(xiàn)的內(nèi)力進(jìn)行有效抵抗。這種方式如應(yīng)用在普通橋梁設(shè)計(jì)中，將大大增加成本，造成極大浪費(fèi)。基于此，在實(shí)際抗震設(shè)計(jì)中，強(qiáng)度一般都會(huì)選用彈性地震力25%到50%之間的一部分，同時(shí)依靠結(jié)構(gòu)中的非彈性變形能力，增強(qiáng)公路橋梁的抗震能力。

3、延性

為將地震破壞能力降到最低值，避免公路橋梁遭到極大損壞。在地震作用下，如橋梁出現(xiàn)變形等情況，此時(shí)應(yīng)確保其能對(duì)大部分初始強(qiáng)度進(jìn)行維持。在非彈性反應(yīng)范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)、構(gòu)件及材料可以對(duì)其變形情況進(jìn)行抵抗，這種情況下都會(huì)選用延性進(jìn)行表述。作為地震地段公路橋梁結(jié)構(gòu)必備的重要特征，延性有助于在地震中橋梁結(jié)構(gòu)免于破壞，主要原因就是地震對(duì)公路橋梁結(jié)構(gòu)的作用是以運(yùn)動(dòng)方式出現(xiàn)，而不是力的方式。

三、公路橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

抗震設(shè)計(jì)理念應(yīng)該貫穿在整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，從設(shè)計(jì)方案選擇上注重橋梁的抗震性能，通過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)和推敲來確定橋梁設(shè)計(jì)的方案。

1、上部結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

在公路橋梁抗震設(shè)計(jì)中，其上部結(jié)構(gòu)及截面形式，必須遵循跨徑多少進(jìn)行準(zhǔn)確確定。當(dāng)公路橋梁具有較大跨徑時(shí)，其截面必須選用箱型，這種結(jié)構(gòu)的抗震能力較強(qiáng)，同時(shí)還具備良好的抗扭剛度。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，為增強(qiáng)橋梁的抗震能力，對(duì)其上部結(jié)構(gòu)的整體性不斷增強(qiáng)、對(duì)其位移進(jìn)行有效限制，都是增強(qiáng)其上部結(jié)構(gòu)抗震能力的主要方式。

2、下部結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

在公路橋梁抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)在地基較為穩(wěn)定的地方進(jìn)行橋臺(tái)布設(shè)，其下部橋臺(tái)結(jié)構(gòu)應(yīng)選用U形或T形。在延性方面，鋼筋混凝土橋墩相比石砌或混凝土預(yù)制塊砌筑的橋墩延性要好很多，同時(shí)在截面方面，空心截面橋墩比實(shí)心截面橋墩延性要好，基于此，在具體施工設(shè)計(jì)中，應(yīng)優(yōu)先選用空心截面的鋼混結(jié)構(gòu)橋墩，同時(shí)依據(jù)橋墩高度的多少進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)合理聯(lián)接方式的選擇。

3、連接件的抗震設(shè)計(jì)

在橋梁抗震設(shè)計(jì)中，其整體抗震性能最薄弱的一個(gè)環(huán)節(jié)就是連接件，如支座和伸縮縫等，在伸縮縫位置多發(fā)生梁體位移等情況，基于此，在橋梁抗震設(shè)計(jì)中必須將伸縮縫數(shù)量盡可能地減少。在伸縮縫選用中，必須使其變形能力對(duì)預(yù)計(jì)地震發(fā)生的位移情況進(jìn)行有效滿足，確保有充足的寬度存在于伸縮縫支承面上，并將限位器、剪力鍵橡膠支座在其上面進(jìn)行設(shè)置，確保其具有相應(yīng)的能量消除作用。

四、結(jié)束語

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，路橋工程作為我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)中的一項(xiàng)重要建設(shè)項(xiàng)目，其抗震設(shè)計(jì)質(zhì)量是否良好直接關(guān)系著工程的整體質(zhì)量。在公路橋梁工程建設(shè)中相關(guān)部門必須嚴(yán)格按照每一道工序的規(guī)范要求，對(duì)各環(huán)節(jié)質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)，做好抗震設(shè)計(jì)工作，確保整體工程施工質(zhì)量達(dá)到合格水平，并努力實(shí)現(xiàn)創(chuàng)優(yōu)目標(biāo)。因此，我們必須加快研究，不斷采用新技術(shù)、新工藝，改善工作條件，提高工作效率，促使路橋工程事業(yè)的快速發(fā)展，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)奉獻(xiàn)一份力量。

[1]廖哲；李岳桃.雅瀘高速公路橋梁抗震設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]；湖南交通科技；2010年04期

[2]胡兆同；劉健新；薛曉鋒.公路橋梁抗震能力靜態(tài)參數(shù)及構(gòu)造措施的調(diào)查研究[J]；公路；2016年10期