張春來(lái) 馬小花

摘 要：我國(guó)為地震多發(fā)區(qū)，近100年超過(guò)7級(jí)地震就發(fā)生過(guò)15起，我國(guó)有41%的國(guó)土地震基本烈度在7度及以上地區(qū)。地震作用對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)影響較大，會(huì)給橋梁帶來(lái)無(wú)法修復(fù)的損傷。本文結(jié)合以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及汶川地震橋梁破壞結(jié)果，分別闡述5種橋梁破壞形式以及在進(jìn)行橋梁抗震設(shè)計(jì)中，采用何種方法來(lái)提高橋梁在地震作用下的抗震等級(jí)。通過(guò)本人的一點(diǎn)見解，希望對(duì)于橋梁設(shè)計(jì)人員能夠起到幫助。

關(guān)鍵詞：地震作用；主梁脫落；橋墩破壞；基礎(chǔ)破壞

中圖分類號(hào)：U442 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)會(huì)對(duì)道路橋梁造成較大的破壞，不利于震后災(zāi)后救援和重建。道路橋梁是災(zāi)民的綠色生命線。在道路橋梁的設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)積極做好抗震設(shè)計(jì)，尤其是在一些地震災(zāi)害多發(fā)區(qū)，更要對(duì)抗震設(shè)計(jì)加以重視。本文對(duì)橋梁在地震災(zāi)害中所容易遭受損壞的部位進(jìn)行闡述，在此基礎(chǔ)上對(duì)橋梁抗震設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)進(jìn)行分析介紹。

1 地震災(zāi)害下橋梁所容易遭受的損壞

1.1 橋梁地基與基礎(chǔ)容易遭受的損壞

地基與基礎(chǔ)部分是橋梁核心部分，在地震災(zāi)害下因地質(zhì)變動(dòng)，將導(dǎo)致地層的穩(wěn)定性遭到破壞，進(jìn)而容易引起地層的水平滑移、下沉和斷裂，從而使得基礎(chǔ)上的橋梁結(jié)構(gòu)部分遭到嚴(yán)重的損壞。在地震災(zāi)害下橋梁的樁基可能發(fā)生剪斷、傾斜破壞，進(jìn)而引起墩臺(tái)傾斜、倒塌或折斷。

1.2 橋臺(tái)沉陷

橋臺(tái)后填土與橋臺(tái)兩者并非完全固結(jié)，在地震發(fā)生時(shí)，地層產(chǎn)生的破壞力將使得橋臺(tái)填土承受較大的縱向載荷，與此同時(shí)，地震中橋臺(tái)與橋梁之間也將承受來(lái)自于地震的被動(dòng)土壓力，由于橋梁中橋面的連接支撐作用，在地震中橋梁將會(huì)在縱向力的作用下以橋臺(tái)頂端為支點(diǎn)產(chǎn)生豎向旋轉(zhuǎn)，從而使得橋梁的結(jié)構(gòu)發(fā)生偏差、錯(cuò)位，進(jìn)而造成橋梁損壞。在地震中所產(chǎn)生的縱向載荷不僅僅會(huì)導(dǎo)致橋梁發(fā)生豎向旋轉(zhuǎn)，嚴(yán)重的甚至?xí)驗(yàn)橐夯炼沟脴蚺_(tái)產(chǎn)生垂直沉陷，而橋面將會(huì)在巨大的扭矩作用下遭到破壞。

1.3 墩柱破壞

在橋梁設(shè)計(jì)中若未能考慮到抗震問(wèn)題將使得墩柱的彎曲強(qiáng)度、彎曲延性、抗彎能力以及剪切強(qiáng)度不足。而這些問(wèn)題的存在將使得橋梁無(wú)法承受地震力的反復(fù)作用而損壞，產(chǎn)生如落梁、整個(gè)結(jié)構(gòu)倒塌等的問(wèn)題。

1.4 支座破壞

地震時(shí)，在巨大的地震外力下橋梁上下位移過(guò)大將破壞支座錨固，致使橋梁將會(huì)因支座位移而使得橋梁的整體性和載荷分布發(fā)生較大的變化。

1.5 節(jié)點(diǎn)破壞

節(jié)點(diǎn)區(qū)域鋼筋大量相交，橋梁中大量的力和載荷都集中在節(jié)點(diǎn)區(qū)域，在地震時(shí)節(jié)點(diǎn)區(qū)域?qū)?huì)因復(fù)雜地震力的作用而造成節(jié)點(diǎn)區(qū)域混凝土的壓碎和錨固筋的破壞。

2 橋梁抗震設(shè)計(jì)的原則

在橋梁抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)遵循以下設(shè)計(jì)原則：橋梁抗震設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)結(jié)合橋梁項(xiàng)目地的地形、地質(zhì)條件、工程規(guī)模以及震害經(jīng)驗(yàn)和過(guò)往震害記錄進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，合理地對(duì)橋梁的橋型、墩臺(tái)以及基礎(chǔ)形式進(jìn)行選擇。在設(shè)計(jì)中出于抗震考慮應(yīng)當(dāng)盡量避免高墩與大跨的結(jié)合，應(yīng)盡量選用重量較輕的上部結(jié)構(gòu)形式和抗震設(shè)計(jì)，在橋梁抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)確保橋梁的整體性和上部結(jié)構(gòu)部分的連續(xù)性。這是由于橋梁的整體性有助于避免在地震時(shí)橋梁的結(jié)構(gòu)件部分與非結(jié)構(gòu)件部分因較大的震動(dòng)而震散掉落。同時(shí)橋梁整體性也是結(jié)構(gòu)發(fā)揮空間作用的基本條件。無(wú)論是在平面還是在立面上，結(jié)構(gòu)的布置都要力求使幾何尺寸、質(zhì)量和剛度均勻、對(duì)稱、規(guī)整，避免突然變化。在橋梁抗震設(shè)計(jì)中，對(duì)于橋梁的各構(gòu)件部分應(yīng)當(dāng)要求高規(guī)格的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和延性。針對(duì)地震時(shí)對(duì)橋梁所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題，在橋梁抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)盡量將由橋梁地基傳入橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量削弱至最小，減少其對(duì)橋梁的傷害，同時(shí)還應(yīng)確保橋梁抗震設(shè)計(jì)后橋梁具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、剛度和延性，用以避免不能容忍的破壞。從橋梁的總體強(qiáng)度和延性兩個(gè)方面出發(fā)，在不增加重量、不降低橋梁剛度的情況下再提高橋梁抗震性。這是由于地震中地層振動(dòng)傳遞至橋梁中時(shí)將導(dǎo)致橋梁的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件產(chǎn)生周期性的反復(fù)變形。在橋梁抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)結(jié)合各構(gòu)件強(qiáng)度安全度的不同來(lái)構(gòu)建橋梁在地震時(shí)的延性形式反應(yīng)，確保橋梁不發(fā)生脆性破壞，從而確保橋梁具有良好的橋梁抗震性。我國(guó)橋梁抗震設(shè)計(jì)中多遵守的是“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)思想，通過(guò)不同結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度區(qū)別最大限度地確保橋梁在地震時(shí)能夠獲得良好的抗性。

3 橋梁抗震設(shè)計(jì)方法

現(xiàn)代社會(huì)對(duì)于地震振動(dòng)和地層在地震時(shí)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的研究更加深入，并在這些理論的基礎(chǔ)上形成了多種抗震設(shè)計(jì)理論和橋梁抗震設(shè)計(jì)方法。在橋梁抗震設(shè)計(jì)中有以下幾種設(shè)計(jì)方法：（1）構(gòu)建新的橋梁減震結(jié)構(gòu)。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)相較于普通的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在抗剪切承載性、延性方面更強(qiáng)，且滯回曲線更加飽滿，對(duì)于地震有著更強(qiáng)的抗性。使得橋梁能夠在地震發(fā)生時(shí)將橋梁的變形限制在可承受的范圍內(nèi)。減少橋梁在大塑性變性下所遭受的破壞。（2）利用橋墩延性減震，這一設(shè)計(jì)方法是在橋梁抗震設(shè)計(jì)中采用較多的一種設(shè)計(jì)方法，這一減震設(shè)計(jì)將橋墩某些部位在設(shè)計(jì)時(shí)增加更多的延性，在地震發(fā)生時(shí)，這些加強(qiáng)部位形成更加穩(wěn)定的延性塑性鉸并產(chǎn)生彈性變形，提高了橋梁的穩(wěn)定性。（3）隔震支座法。隔震支座位于橋梁梁體與墩、臺(tái)的連接處，使橋梁獲得更好的柔性和阻尼以降低橋梁的地震反應(yīng)。隔震支座設(shè)計(jì)能夠使得橋梁獲得更好的水平抗震性。此外，在橋梁設(shè)計(jì)中采用隔震支座和阻尼器相結(jié)合的系統(tǒng)，可以利用橋墩在地震作用下發(fā)生彈塑性變形來(lái)更多地消耗地震能量以實(shí)現(xiàn)橋梁的減震。

4 橋梁減震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在橋梁減震設(shè)計(jì)中需要注意以下幾方面的問(wèn)題：（1）在設(shè)計(jì)中多采用連續(xù)橋跨設(shè)計(jì)而減少簡(jiǎn)支梁跨設(shè)計(jì)的使用，連續(xù)橋跨設(shè)計(jì)能夠有效地減少伸縮縫的數(shù)量，進(jìn)而降低落梁發(fā)生的概率。（2）對(duì)于采用橡膠支座而無(wú)規(guī)定支座的橋梁在橋梁減震設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)在橋梁支座設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)支座加強(qiáng)，采用防移角鋼或者加設(shè)擋軌的方式來(lái)提高支座的抗震性。（3）在橋梁設(shè)計(jì)前需要積極做好項(xiàng)目地地質(zhì)勘測(cè)，并結(jié)合勘測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)橋梁地基選址和橋型等進(jìn)行更好的設(shè)計(jì)，用以使得橋梁具有更好的抗震性。（4）橋梁施工會(huì)遭遇各種復(fù)雜的地質(zhì)狀況，尤其是一些位于常年有水河流上的特大橋、大中橋等的工程設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)、環(huán)境等的因素做好橋梁的設(shè)計(jì)，尤其是地基設(shè)計(jì)時(shí)由于地基區(qū)域可能分布于河床或是灘涂區(qū)域，在這些區(qū)域中遭遇液化土或軟土的概率相當(dāng)大，為確保橋梁基礎(chǔ)的穩(wěn)固，多采用樁基礎(chǔ)形式，且將樁尖埋入穩(wěn)定土層內(nèi)一定深度。（5）在地震多發(fā)區(qū)域進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)中盡可能地增加橋梁設(shè)計(jì)的整體性和規(guī)劃性，避免突變的出現(xiàn)；從幾何線性上看，盡量選用直線橋梁。在高墩橋梁的抗震設(shè)計(jì)中對(duì)于橋梁的上部與下部要避免全部采用剛性連接，而是應(yīng)當(dāng)選用減震支座作為上下部的連接形式，要結(jié)合橋梁設(shè)計(jì)合理地選擇梁墩的搭接長(zhǎng)度。

結(jié)語(yǔ)

橋梁抗震設(shè)計(jì)是一門實(shí)踐性科學(xué)，在不斷積累經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的過(guò)程中，橋梁設(shè)計(jì)和研究人員通過(guò)不斷努力，使橋梁抗震設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)理論不斷完善，未來(lái)設(shè)計(jì)出來(lái)的橋梁，能夠更大程度地減小地震對(duì)于橋梁的影響，從而保障國(guó)家和人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)

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