淺談公路橋梁的抗震設(shè)計

王義博

（身份證號：4127261988****8416）

歷史上的大地震給人們帶來了巨大的生命財產(chǎn)損失，促使人們研究和認識這一特殊的自然災(zāi)害，探索減少地震破壞的對策和方法。直到20世紀60年代，世界范圍內(nèi)的地震工程研究和結(jié)構(gòu)地震理論研究取得了很大的進展。然而，1971年圣費爾南多地震(M6.6)；1989年美國洛馬普雷塔地震(M7.0)；1994年的北嶺地震(M6.7)和1995年的神戶地震(M7.2)屬于中度地震，但對橋梁的破壞非常嚴重。這就迫使世界各國的工程技術(shù)人員對橋梁的抗震破壞進行分析，對結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計標準和抗震設(shè)計原則提出新的看法。

一、橋梁的震害及特征

對國內(nèi)外震害的調(diào)查表明,在過去的地震中,有許多橋梁遭受了不同程度的破壞,其主要震害有以下幾點：

（一） 橋臺震害。橋臺的震害主要表現(xiàn)為橋臺與路基一起向河心滑移,導(dǎo)致樁柱式橋臺的樁柱傾斜、折斷和開裂。重力式橋臺胸墻開裂,臺體移動、下沉和轉(zhuǎn)動。

（二）橋墩震害。橋墩震害主要表現(xiàn)為橋墩沉降、傾斜、移位,墩身開裂、剪斷,受壓緣混凝土崩潰,鋼筋裸露屈曲,橋墩與基礎(chǔ)連接處開裂、折斷等。

（三） 支座震害。造成如支座錨固螺栓拔出、剪斷、活動支座脫落及支座本身構(gòu)造上的破壞等,并由此導(dǎo)致結(jié)構(gòu)力傳遞形式的變化,進而對結(jié)構(gòu)的其它部位產(chǎn)生不利的影響。

（四）梁的震害。橋梁最嚴重的震害現(xiàn)象是主梁墜落。落梁主要是由于橋臺、橋墩傾斜或倒塌,支座破壞,梁體碰撞,相鄰橋墩間發(fā)生過大相對位移等引起的。

（五） 地基與基礎(chǔ)震害。地基與基礎(chǔ)的嚴重破壞是導(dǎo)致橋梁倒塌,并在震后難以修復(fù)使用的重要原因。地基破壞主要是指因砂土液化,不均勻沉降及穩(wěn)定性不夠等因數(shù)導(dǎo)致的地層水平滑移、下沉、斷裂。

二、公路橋梁抗震的設(shè)計原則

（一）公路橋梁的選址

應(yīng)做好地質(zhì)分析，準確判斷建橋位置的地震危險性，并參考分析結(jié)果選擇比較安全的工程地點。應(yīng)盡可能選擇堅硬場地，避免地震帶來的地基液化失效等問題。

（二） 橋梁的整體性和規(guī)則性

橋梁上部結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能連續(xù)，以防止結(jié)構(gòu)構(gòu)件及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震時被震散掉落，使結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮其空間作用。無論是在平面還是在立面上，結(jié)構(gòu)的布置都應(yīng)使其幾何尺寸、質(zhì)量和剛度均勻、規(guī)整，避免突然變化。

（三） 結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的強度和延性

地震對橋梁的破壞是由橋梁結(jié)構(gòu)的振動引起的。然而，由于地震動引起結(jié)構(gòu)和構(gòu)件周期性、反復(fù)變形，結(jié)構(gòu)剛度和強度逐漸降低，提高結(jié)構(gòu)延性也是影響橋梁抗震設(shè)計質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。

三、抗震設(shè)計中應(yīng)注意的要點分析

（一）上部結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

應(yīng)根據(jù)跨徑大小，采用相應(yīng)的上部結(jié)構(gòu)和截面型式，跨徑較大時，宜采用箱型截面，因為該形式具有較大的抗扭剛度和抗震性能。實踐證明，加強上部結(jié)構(gòu)的整體性，限制其位移，是提高橋梁上部結(jié)構(gòu)抗震能力的有效措施。對于梁橋，用連續(xù)梁替代簡支梁可減少伸縮縫，從而減少因橋跨分離產(chǎn)生位移導(dǎo)致的落梁事故；當采用多跨簡支梁時，應(yīng)加強梁間的縱、橫向聯(lián)系，將橋面做成連續(xù)，或采用先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)的構(gòu)造措施。采用真空壓漿方法，保證預(yù)應(yīng)力管道水泥漿飽滿對提高預(yù)應(yīng)力橋梁的強度和剛度很有幫助。

（二）熱下部結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

宜采用U形或T形橋臺形式，并將橋臺布置在地基相對穩(wěn)定的位置。由于重力式橋臺抗震性能較柱式橋臺和帶耳墻的埋置式橋臺好，且施工方便，造價低廉，故在條件允許情況下，應(yīng)優(yōu)先選用。鋼筋混凝土橋墩的延性比石砌或混凝土預(yù)制塊砌筑的橋墩好，空心截面橋墩的延性優(yōu)于實心截面的橋墩，因此應(yīng)考慮在實際應(yīng)用中選擇空心截面的鋼混結(jié)構(gòu)橋墩，并根據(jù)橋墩的高度選擇合理的上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的聯(lián)接形式，如高墩橋梁宜采用有選擇性的剛性連接，矮墩橋梁則應(yīng)采用支座連接方式。

（三）連接件的抗震設(shè)計

支座、伸縮縫等節(jié)點是橋梁整體抗震性能中的薄弱環(huán)節(jié)，梁的位移發(fā)生在伸縮縫中，因此在設(shè)計時應(yīng)盡量減少伸縮縫的數(shù)量。選擇伸縮縫時，其變形能力應(yīng)滿足地震引起的預(yù)期位移，伸縮縫支承面應(yīng)具有足夠的寬度。同時設(shè)置限位裝置和剪切粘結(jié)橡膠軸承，使其具有一定的耗能效果。通常在梁的底部焊接鋼板，或者增加縱向和橫向的塊體來限制支座的位移和滑動。鉛橡膠支座集水平柔度、阻尼能力、彈性回彈能力、豎向承載力于一體，既能滿足正常使用功能，又能延長地震時的自然振動周期，增加阻尼耗散能量，降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷。

（四）抗震裝置的設(shè)計

目前在橋梁抗震設(shè)計中應(yīng)用較為普遍的方法是彈性反應(yīng)譜抗震法，這種設(shè)計具有計算相對簡單并與現(xiàn)有的規(guī)范計算方法接近的優(yōu)點。但應(yīng)注意的是，由于抗震裝置的等效剛度和等效阻尼的計算與抗震裝置在地震中的最大變形程度有關(guān)，抗震裝置的變形又與整個橋梁的地震響應(yīng)程度有關(guān)，因此其設(shè)計過程應(yīng)是在不斷完善和變化的。具體計算中，需要設(shè)計師對橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的程度有較好的預(yù)估能力，依據(jù)經(jīng)驗初步制定設(shè)計方案，并采用一系列時程來分析和驗證其設(shè)計合理性。

四、結(jié)束語

常規(guī)梁橋的設(shè)計和施工應(yīng)首先滿足上部結(jié)構(gòu)在地震作用下橫向位移的要求，采用合理的支撐長度和抗倒塌梁結(jié)構(gòu)措施，設(shè)置極限裝置。其次，應(yīng)注意支架的類型和合理布置。三是注意墩的延性結(jié)構(gòu)細節(jié)。隨著公路橋梁抗震設(shè)計細則的頒布和推廣，橋梁抗震設(shè)計必將進入一個新的階段。最后，希望有關(guān)部門對現(xiàn)有老橋抗震能力不足的問題給予更多的關(guān)注。