李德海

摘 要：隨著我國(guó)交通事業(yè)的發(fā)展，高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋梁在交通道路建設(shè)中運(yùn)用的越來越多，尤其是我國(guó)西南、西北地區(qū)，盤山公路等已經(jīng)不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要。但由于地形較為復(fù)雜，在道路建設(shè)中多采用橋梁，再加上山區(qū)為地震多發(fā)地帶，因而對(duì)橋梁設(shè)計(jì)要求極為嚴(yán)格。高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有良好抗震能力，分析其抗震設(shè)計(jì)，對(duì)于其完善與發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：高墩；大跨徑：連續(xù)鋼構(gòu)梁；抗震設(shè)計(jì)

1 高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋簡(jiǎn)介

鋼構(gòu)橋結(jié)構(gòu)較為特殊，是將墩臺(tái)與主梁整體固結(jié)。其承擔(dān)豎向荷載時(shí)，主梁通過產(chǎn)生負(fù)彎矩減少跨中正彎矩。橋墩作為鋼構(gòu)橋的主體部分，主要承擔(dān)水平推力、壓力以及彎矩三種力。墩梁固結(jié)形式較為特殊，可通過節(jié)省抗震支座減少橋墩厚度，借助懸臂施工從而省去體系轉(zhuǎn)換，減少了施工工序。該結(jié)構(gòu)可保持連續(xù)梁無伸縮縫，使行車平順。此外還具有無需設(shè)置支座和體系轉(zhuǎn)換功能，橋梁結(jié)構(gòu)在順橋向和橫橋向分別具有抗彎和抗扭剛度，為施工提供具有便利。高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋形式優(yōu)缺點(diǎn)并存，其缺點(diǎn)在于受混凝土收縮、墩臺(tái)沉陷等因素影響，結(jié)構(gòu)中可產(chǎn)生附加內(nèi)力。作為高柔性墩，可允許其上部存在橫向變位。其優(yōu)點(diǎn)在于弱化墩臺(tái)沉降所產(chǎn)生的內(nèi)力，并減輕其對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。

其突出受力結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為橋墩與橋梁固結(jié)為整體，通過共同承受荷載進(jìn)而較少負(fù)彎矩；該橋梁結(jié)構(gòu)受力合理，抗震與抗扭能力強(qiáng)，具有整體性好，橋型流暢等優(yōu)點(diǎn)。作為高柔性橋墩，可允許橋墩縱橫向存在合理變位。

2 橋梁震害的具體表現(xiàn)

2.1 支座

在地震中支座損壞極為常見，支座遭到破壞后能夠改變力的傳遞，進(jìn)而影響橋梁其它結(jié)構(gòu)的抗震能力，其主要破壞形式有移位、剪斷以及支座脫落等。

2.2 上部結(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)遭受震害主要是移位，即縱向、橫向發(fā)生移位。移位部位通常位于伸縮縫處，具體表現(xiàn)為梁間開脫、落梁、頂撞等。有資料顯示，順橋向落梁在總數(shù)中所占比例高達(dá)90%，由于這種落梁方式會(huì)撞擊到橋墩側(cè)壁，對(duì)下部結(jié)構(gòu)造成巨大沖擊力，因而破壞力極大。

2.3 下部結(jié)構(gòu)

橋梁的下部包含基礎(chǔ)、橋墩以及橋臺(tái)，其遭受破壞后可導(dǎo)致橋梁坍塌，且震后修復(fù)難度大，基本不能再投入使用。受水平力影響，薄弱的截面經(jīng)過反復(fù)震動(dòng)后受到嚴(yán)重破壞。延性破壞多指長(zhǎng)細(xì)的柔性墩，表現(xiàn)為混凝土開裂、塑性變形，其產(chǎn)生原因?yàn)楹附硬焕?、部件配設(shè)不足等。脆性破壞多指粗矮橋墩，表現(xiàn)為鋼筋切斷，究其原因?yàn)槎罩羟袕?qiáng)度不足。橋臺(tái)多表現(xiàn)為滑移、顛覆?；A(chǔ)的破壞表現(xiàn)為不均勻沉陷、樁基剪切等，其破壞具有隱蔽性，修復(fù)難度極大。

3 橋梁震害原因

造成橋梁震害原因較多，主要有地震強(qiáng)度過大，超出橋梁的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)；橋梁所處的地理位置不佳，致使地基變形；此外認(rèn)為原因也可導(dǎo)致橋梁抗震能力不足，例如設(shè)計(jì)不合理，原材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，施工出現(xiàn)操作失誤等。

4 高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)分析

4.1 重視高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋的總體布置

地震時(shí)橋墩頂部位移較大，采用連續(xù)鋼構(gòu)結(jié)構(gòu)有助于減少落梁。墩梁固結(jié)為整體，則多余的約束可形成塑性鉸，從而提高橋梁的抗震能力。建設(shè)高墩橋時(shí)，受地理位置影響，易出現(xiàn)剛度和質(zhì)量問題。合理調(diào)整相鄰橋墩高度，對(duì)于連續(xù)梁橋，應(yīng)盡可能保持其剛度相近，并根據(jù)橋墩剛度比與周期比進(jìn)行嚴(yán)密計(jì)算，減少誤差，增強(qiáng)高墩橋整體抗震能力。

4.2 選擇合適橋墩

在地震中，橋墩形式影響橋梁結(jié)構(gòu)，因而其設(shè)計(jì)與選型對(duì)于抗震安全性具有重要意義。地形與地貌均對(duì)橋墩設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響，常見的橋墩形式有門架墩、雙柱墩等，但抗彎與抗扭剛度較差，當(dāng)橋墩超過30m時(shí)，易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋根據(jù)實(shí)際情況多采用空心薄壁墩（如圖1、2所示）或者獨(dú)柱T型墩，二者各個(gè)方向抗扭與抗彎剛度都較好，具有整體性好等優(yōu)點(diǎn)。而獨(dú)柱T型墩適用于高度低于60m時(shí)，其原理是將懸挑式蓋梁與墩柱充分結(jié)合，其截面尺寸與剛度均較小。而心薄壁墩適用于高度低于80m時(shí)，外觀與獨(dú)柱T型墩相似，其截面尺寸與剛度均較大。

5 高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋的抗震計(jì)算

5.1 計(jì)算時(shí)所需考慮的因素

通常受地形、斷層、橋身長(zhǎng)度限制，應(yīng)考慮多點(diǎn)激勵(lì)的影響。同一地震，其在地表所呈現(xiàn)的反應(yīng)不同，因而幅值、頻譜特征各異，再加上空間變化復(fù)雜，因而需考慮多方面因素。

地震時(shí)，受到高墩自身質(zhì)量或周期影響，可形成兩個(gè)及其以上塑性鉸，而忽略高階振型會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差，從而影響橋梁抗震時(shí)安全性，因而在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將橋墩高階振型的影響計(jì)算在內(nèi)。

5.2 反應(yīng)譜方法

在橋梁抗震分析中，反應(yīng)譜方法較為常用，但其弊端在于地震時(shí)假設(shè)支座運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同，沒有考慮運(yùn)動(dòng)的不一致性。對(duì)于處于地形復(fù)雜的高墩橋而言，這種不合理的假設(shè)造成非線性問題出現(xiàn)較大誤差。

5.3 隨機(jī)震動(dòng)法

該方法是公認(rèn)的較為合理方法，其結(jié)合地震發(fā)生的概率，但是計(jì)算量較大，同樣也會(huì)使非線性問題出現(xiàn)誤差。隨著科技的發(fā)展，隨機(jī)震動(dòng)虛擬激勵(lì)法應(yīng)運(yùn)而生，不僅解決計(jì)算量的問題，同時(shí)確保計(jì)算的精度，具有效率高，使用方便等優(yōu)勢(shì)，在高墩橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛，但在處理罕見地震時(shí)存在局限。

6 高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋抗震措施

6.1 重視橋墩臺(tái)處檔塊設(shè)計(jì)

地震中抗震檔塊出現(xiàn)剪裂現(xiàn)象，表明其設(shè)計(jì)對(duì)于提高橋梁整體抗震能力具有重要作用。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)重視其余主梁剛度的比值、剪裂的程度，此外針對(duì)不同跨徑與結(jié)構(gòu)的橋梁，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)不同尺寸的檔塊。

6.2 可對(duì)支座進(jìn)行隔振處理

設(shè)計(jì)高墩橋梁時(shí)，可采用疊層、鉛芯橡膠等隔震支座，在橋梁與橋墩的連接處增加柔性，從而降低對(duì)地震的反應(yīng)。

綜上所述，分析高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，有助于完善橋梁總體設(shè)計(jì)，提高橋梁抗震能力，減少經(jīng)濟(jì)損失，并提高橋梁安全性。

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