橋梁抗震設(shè)計原則與設(shè)計方法

高月

摘 要：設(shè)計人員與相關(guān)工作人員需要仔細(xì)對待橋梁工程的抗震設(shè)計，其主要表現(xiàn)在每個環(huán)節(jié)當(dāng)中，是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的系統(tǒng)工程項(xiàng)目。在對橋梁的抗震性能進(jìn)行設(shè)計時，有大量應(yīng)該重視的部分，應(yīng)該持續(xù)的對其就那些探索與分析，優(yōu)化橋梁的抗震設(shè)計技術(shù)，才可以具備較好的抗震性，在地震出現(xiàn)時能夠給人們的生命健康與財產(chǎn)安全提供保障。

關(guān)鍵詞：橋梁抗震;設(shè)計原則;設(shè)計方法

橋梁工程在交通運(yùn)輸中作為連接人與人之間的紐帶，在我國的基礎(chǔ)建設(shè)過程中發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用，但是由于我國許多地區(qū)都存在著地震狀況，對橋梁進(jìn)行抗震優(yōu)化就顯得非常重要。本篇文章重點(diǎn)探討了地震給橋梁造成的破壞，與對橋梁進(jìn)行抗震設(shè)計時需要堅持的原則和設(shè)計方法。當(dāng)前我國內(nèi)外較少涉及到對地震作用下橋梁結(jié)構(gòu)破壞程度分析，于是我國的地震局研究場所對建筑物在各種程度下的地震程度進(jìn)行量化式研究。但是，并沒有對各種橋梁在余震中的抗震能力展開詳細(xì)的分析，評估橋梁震后的抗震能力并對其進(jìn)行加固依舊是確保結(jié)構(gòu)在地震中依舊具備通行作用的關(guān)鍵措施。

1 橋梁抗震設(shè)計的基本原則

1.1 嚴(yán)格選擇橋梁建設(shè)地點(diǎn)，綜合評估建設(shè)地安全指數(shù)

通常來說橋梁建設(shè)的首要步驟就是要對橋梁的建設(shè)位置進(jìn)行選擇，而選擇的依據(jù)包括了：其一，應(yīng)該根據(jù)地震發(fā)生的區(qū)域進(jìn)行劃分，按照地震出現(xiàn)的幾率與級別來展開判斷與研究，找到部分不會輕易出現(xiàn)地震或在地震出現(xiàn)時不會遭受大量影響的地區(qū);其二，與當(dāng)?shù)氐牡匦螚l件相結(jié)合，在施工操作更加方便的地點(diǎn)，能夠在地震發(fā)生時便于操作人員與財產(chǎn)進(jìn)行分散與轉(zhuǎn)移;其三，要合理的對當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)狀況進(jìn)行考慮，最好分辨出其中持力層更好的區(qū)域，防止在地震過程中導(dǎo)致土質(zhì)松軟而抗震無效。

1.2 重點(diǎn)關(guān)注橋梁的綜合性設(shè)計，嚴(yán)格參照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

對橋梁進(jìn)行整體性的優(yōu)化設(shè)計能夠提高橋梁的剛度，在地震出現(xiàn)時降低碎石塊的掉落量，在對橋梁進(jìn)行設(shè)計時，無論是平面還是立面的設(shè)計都應(yīng)該最大化參照基本的科學(xué)規(guī)律，采用合理的規(guī)格尺寸，在橋梁材料的應(yīng)用上必須滿足相應(yīng)的硬度與要求，進(jìn)而防止突然出現(xiàn)大量嚴(yán)重的物理性或化學(xué)性改變。另外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，最好對橋梁的上部結(jié)構(gòu)運(yùn)用連續(xù)性的結(jié)構(gòu)。

2 地震對橋梁的破壞

2.1 橋梁震害的表現(xiàn)形式

橋梁在市政交通中是非常關(guān)鍵的構(gòu)成要素，只要橋梁在地震時出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，就會使得交通通行癱瘓，給人員疏散與物資運(yùn)輸造成影響，就會十分妨礙地震的救援實(shí)施。而地震給橋梁造成的破壞重點(diǎn)分為這幾種普遍形式：

2.1.1 支座損傷

地震會極大的提高支座的荷載能力，大于其承載力，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)p毀、破壞形成。因?yàn)橹ё軗p就無法將地震的慣性力傳輸給下部結(jié)構(gòu)，從而成功的防止地震荷載力轉(zhuǎn)到橋墩造成橋梁損毀，并且支座損傷也會使得橋梁落梁被損毀。

2.1.2 剪切破壞

在產(chǎn)生地震時，橋梁會由于地震振動，使得橋梁所承受的剪切力大于自身的剪切強(qiáng)度，導(dǎo)致出現(xiàn)剪切破壞的情況。而剪切破壞重點(diǎn)分為這幾個環(huán)節(jié)：其一，在橋梁的橫截部位剪切彎矩大于本身強(qiáng)度時，就會使得截面產(chǎn)生縫隙;其二，因?yàn)榈卣饡r會加大荷載強(qiáng)度，而在橋梁柱當(dāng)中漸漸的在傾斜部位出現(xiàn)剪切裂縫;其三，在地震的持續(xù)晃動下，會漸漸的變得彎曲使得剪切裂縫逐漸增大，最終橋梁會由于地震的出現(xiàn)導(dǎo)致剪切破壞。

2.1.3 彎曲破壞

由于地震的荷載功能，導(dǎo)致橋梁的構(gòu)造產(chǎn)生變形，而變形太嚴(yán)重就會使得橋梁上的混凝土脫落、當(dāng)中的混凝土崩開與鋼筋彎曲的情況出現(xiàn)，進(jìn)而造成橋梁結(jié)構(gòu)的功能喪失。導(dǎo)致彎曲破壞重點(diǎn)劃分為四個環(huán)節(jié)：地震導(dǎo)致的水平彎矩大于橋梁本身的承受力就會形成裂縫;接著由于地震荷載強(qiáng)度的不斷加強(qiáng)，使得裂縫逐漸增加;而橋梁的形變逐漸嚴(yán)重，使得橋梁塑性加強(qiáng)，混凝土保護(hù)層掉落，最終導(dǎo)致橋梁產(chǎn)生彎曲破壞。

2.2 橋梁震害的關(guān)鍵因素

導(dǎo)致橋梁震害的因素重點(diǎn)涵蓋了：（1）在橋臺或橋墩部位出現(xiàn)重心偏移或縫隙、斷開等情況，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低;（2）砂上液化和地基不牢，地基的晃動肯定會使得整個橋梁出現(xiàn)松動坍塌;（3）地震導(dǎo)致的連續(xù)作用力，讓橋臺、橋墩與支座偏離原來的位置發(fā)生碰撞，增加橋梁損毀;（4）在對橋梁進(jìn)行設(shè)計時的構(gòu)造不恰當(dāng)，各個部件當(dāng)中的連接設(shè)施出現(xiàn)問題，這些現(xiàn)象都會相應(yīng)的降低抗震性能。

3 橋梁抗震設(shè)計方法

3.1 基于性能的抗震設(shè)計

這種設(shè)計形式指的是在各個程度的地震狀態(tài)下，會使得結(jié)構(gòu)性能可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目的，在抗震設(shè)計中運(yùn)用綜合思想。主要是經(jīng)過強(qiáng)度較大的地震后，可以把人的傷亡情況與財產(chǎn)損失拘束在提前設(shè)置的目標(biāo)當(dāng)中，在地震之后，依舊能夠?qū)⒁酝行脑诤暧^性的目標(biāo)轉(zhuǎn)化為量化的多重目標(biāo)。抗震設(shè)計所追求的將不會僅僅存在與對人民的生命財產(chǎn)進(jìn)行保護(hù)，并通過多目標(biāo)、多層次的方式展開抗震設(shè)計，最大化的在各種風(fēng)險程度的地震中達(dá)到對應(yīng)的性能目標(biāo)，保護(hù)人民的安全。

3.2 巧用橋墩延性

由于橋墩存在一定的延性，能夠?qū)⒃撎攸c(diǎn)運(yùn)用在抗震設(shè)計當(dāng)中，在地震等級較強(qiáng)時，會在橋墩位置產(chǎn)生穩(wěn)定延性塑性鉸，從而使得彈塑性發(fā)生形變，在將結(jié)構(gòu)周期延長的同時還會將地震中形成的大部分能量進(jìn)行消耗，所以通過橋墩對自身延性的強(qiáng)化，讓震力利用限度中的塑性從外部延伸，在橋梁設(shè)計過程中時較為容易采取抗震措施。通過延性的抗震設(shè)計，應(yīng)該按照彈性反應(yīng)對塑性變形的程度進(jìn)行計算，再按照抗震等級調(diào)整，以增強(qiáng)橋梁的抗震載荷。

3.3 設(shè)計新型橋梁

以往的橋梁抗震設(shè)計，重點(diǎn)是利用增強(qiáng)強(qiáng)度與延性來對地震力進(jìn)行對抗，其可靠性主要源自于橋梁的抗震力比地震力小。然而地震力造成的破壞性在大部分情況下是不能準(zhǔn)確估計的。一旦地震力大于設(shè)計值，橋梁要想在地震中完好無損具有一定的困難性。所以，對于該種問題，橋梁的研究人員創(chuàng)建了一種較新的橋梁構(gòu)造為型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，相對傳統(tǒng)的混凝土構(gòu)造有著較高的性價比與先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢。由于型鋼混凝土構(gòu)造的承載性在同樣的條件下時鋼筋混凝土的2倍，并且抗剪能力、延性也更強(qiáng)一些。再加上，新型結(jié)構(gòu)在對能量的吸收、隔開與分散環(huán)節(jié)有著更多的優(yōu)勢，可以一定程度上降低橋梁在地震中產(chǎn)生的反應(yīng)，進(jìn)而合理的防止由于變形導(dǎo)致的危害，不但增強(qiáng)了橋梁結(jié)構(gòu)的安全性，又可以減少造價，是橋梁抗震設(shè)計中最重要的方法。

3.4 基于位移的設(shè)計方法

及時基本位移的設(shè)計形式早就出現(xiàn)了，可是一直到現(xiàn)階段才有更進(jìn)一步的發(fā)展，變成了能夠使用在橋梁設(shè)計中進(jìn)行抗震的方法。它主要應(yīng)用造結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠的情況下，而使得強(qiáng)度較弱的因素為：大量規(guī)范因?yàn)榻?jīng)濟(jì)等因素所限制，在對地震防控功能進(jìn)行設(shè)計時，允許結(jié)構(gòu)物質(zhì)產(chǎn)生可塑性的彎曲改變，在此基礎(chǔ)上，只的將結(jié)構(gòu)性能的衡量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行更改，采用更加恰當(dāng)?shù)拇嘈越Y(jié)構(gòu)或不得使用會出現(xiàn)非彈性影響的構(gòu)件。該設(shè)計方式將結(jié)構(gòu)的變形當(dāng)做變量，最后的設(shè)計結(jié)果把構(gòu)件的強(qiáng)度當(dāng)成主要參數(shù)。

3.5 多階段設(shè)計手段

要想在一定程度上確保人民群眾的生命健康，減少地震后造成的經(jīng)濟(jì)損失，在對橋梁施工進(jìn)行預(yù)防操作之后，應(yīng)該持續(xù)的優(yōu)化改革。當(dāng)中應(yīng)該關(guān)注的因素非常多，例如：地震的形成原因、特殊性能與大力作用下各種類型的構(gòu)造特征、構(gòu)件能力等等。這都應(yīng)該讓設(shè)計人員在研究分析過程中持續(xù)的總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，將以往單調(diào)的設(shè)防水準(zhǔn)進(jìn)行改革，轉(zhuǎn)化成雙水準(zhǔn)或者三水準(zhǔn)，將以往的一階段設(shè)計轉(zhuǎn)化成兩階段、三階段，更嚴(yán)重的還會轉(zhuǎn)化成更多的水準(zhǔn)與階段。

4 結(jié)束語

在進(jìn)入21世紀(jì)至今，地震變得逐漸頻繁地出現(xiàn)在世界各個地區(qū)，對現(xiàn)代橋梁進(jìn)行抗震優(yōu)化設(shè)計時存在的問題也越來越變成了廣大人民群眾所重視的焦點(diǎn)。因?yàn)闃蛄航ㄖ┕ぴ诮煌ňW(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，所以對橋梁進(jìn)行抗震優(yōu)化的價值也是無可厚非的，怎樣增強(qiáng)橋梁的抗震性能變成了目前橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的關(guān)鍵任務(wù)。

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