道路橋梁的抗震設(shè)計

林星

【摘要】在道路工程中，橋梁是不可或缺的重要組成部分，其抗震性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。基于此點，本文首先簡要分析了地震作用下道路橋梁結(jié)構(gòu)的主要破壞形式，并在此基礎(chǔ)上提出道路橋梁的抗震設(shè)計方法。期望通過本文的研究能夠?qū)μ岣叩缆窐蛄旱恼w抗震性能有所幫助。

【關(guān)鍵詞】地震；橋梁；抗震設(shè)計

一、地震作用下道路橋梁結(jié)構(gòu)的主要破壞形式

在地震作用的影響下，大體可將橋梁結(jié)構(gòu)的破壞形式分為以下幾類：

（一）橋梁上部結(jié)構(gòu)破壞

通過對大量在地震中遭受破壞的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查分析后發(fā)現(xiàn)，橋梁上部結(jié)構(gòu)在地震作用下被破壞的情況非常少見，但由于支撐表面積過小、支撐連接件失效而引起的落梁現(xiàn)象在地震中比較常見，其中順橋向的落梁現(xiàn)象居多，當(dāng)梁體順橋向墜落時，梁端會對橋梁下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生出一定的撞擊力，這樣容易引起墩臺破壞，從而喪失對上部結(jié)構(gòu)的支撐力，由此會造成上部結(jié)構(gòu)坍塌。

（二）橋梁下部結(jié)構(gòu)破壞

在地震作用下，橋梁的下部結(jié)構(gòu)多數(shù)都是由于水平地震力產(chǎn)生的振動效應(yīng)而損壞的，破壞程度比較輕微時，會導(dǎo)致混凝土保護(hù)層脫落、墩身開裂、縱筋屈曲，程度嚴(yán)重時，則會造成墩臺傾斜甚至倒塌。目前，國內(nèi)絕大多數(shù)公路橋梁采用的都是鋼混柱式墩，這種墩臺形式在地震中的破壞均發(fā)生在柱身與基礎(chǔ)的連接部位。

（三）橋梁支座破壞

在橋梁結(jié)構(gòu)中，支座是不可或缺的重要組成部分之一，一旦支座破壞，將會直接影響到橋墩和梁體。地震發(fā)生時，強(qiáng)度較大的地震力會造成支座連接件損壞，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致橋梁的上部與下部結(jié)構(gòu)失聯(lián)，進(jìn)而引起落梁。通過對一些地震中的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的橋梁支座在地震中均會出現(xiàn)不同程度的損壞，可見，支座是整個橋梁結(jié)構(gòu)中作為薄弱的環(huán)節(jié)之一。

（四）橋梁基礎(chǔ)破壞

采用擴(kuò)大基礎(chǔ)的橋梁結(jié)構(gòu)在地震作用下，基礎(chǔ)一般不會出現(xiàn)嚴(yán)重的損壞，僅會出現(xiàn)不同程度的沉降或是滑移，而采用樁基礎(chǔ)的橋梁結(jié)構(gòu)在地震作用下，基礎(chǔ)破壞現(xiàn)象較多，并且不容易發(fā)現(xiàn)。

由于地震本身具有一定的隨機(jī)性，公路橋梁可能遭遇到不同等級的地震，所以在對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計時，必須綜合考慮，只有這樣，才能確保橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

二、道路橋梁的抗震設(shè)計方法

（一）道路橋梁的主要設(shè)計方法

1.在公路橋梁抗震設(shè)計中，橋梁位置的選擇十分重要，實際工程中應(yīng)當(dāng)按照具體需要，了解并掌握工程所在地的地震活動詳情、地震地質(zhì)資料，并以此為依據(jù)進(jìn)行綜合分析，避開地震災(zāi)害發(fā)生時，容易引起地基失效的松軟場地，盡可能將橋址選擇在土質(zhì)堅硬的場地上。工程實踐表明，基巖、堅硬的碎石地基是最為理想的橋址場地，若是在飽和松散細(xì)砂、軟弱粘土等不穩(wěn)定的地質(zhì)上建設(shè)橋梁，則必須做好地基處理工作。此外，在地基穩(wěn)定的前提下，還應(yīng)當(dāng)充分考慮橋梁結(jié)構(gòu)本身與地基的振動特性，避免共振效應(yīng)的影響。

2.在公路橋梁抗震設(shè)計中，要確保橋梁結(jié)構(gòu)具有良好的整體性，上部結(jié)構(gòu)要盡量連續(xù)。結(jié)構(gòu)的整體性好，能夠有效防止各類構(gòu)件在地震作用時被振散掉落，并且這也是橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)揮空間作用的前提條件。為了滿足整體性的要求，在橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，無論是在平面還是里面上，結(jié)構(gòu)的布置都要做到幾何尺寸及剛度均勻、規(guī)整。

3.相關(guān)研究結(jié)果顯示，橋梁的地震破壞源于地震動能引起的結(jié)構(gòu)振動，基于這一前提，在對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震時，必須要使從地基傳入結(jié)構(gòu)的振動能盡可能的小，同時還要確保結(jié)構(gòu)本身具有足夠的剛度、強(qiáng)度及延性，以此來防止不能容忍的破壞。在不增加橋梁結(jié)構(gòu)自重和不改變結(jié)構(gòu)剛度的情況下，提高橋梁結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度和延性是最為簡單且有效的抗震途徑。在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中，剛度的選擇可以對結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行控制，而強(qiáng)度與延性則與結(jié)構(gòu)的抗震性能密切相關(guān)。鑒于地震動本身屬于一種周期反復(fù)作用的運(yùn)動，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須充分考慮構(gòu)件強(qiáng)度和剛度的退化效應(yīng)。

4.在橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，可以采用多道抗震設(shè)防，即在一個抗震結(jié)構(gòu)體系當(dāng)中，某一部分延性較好的構(gòu)件在地震作用下會先達(dá)到屈服，并充分發(fā)揮出其吸收和消耗地震能的作用，此時該部分便可作為抗震的首道防線，而其它的結(jié)構(gòu)構(gòu)件則會在該道防線完全屈服后才依次屈服，進(jìn)而形成第二、第三或更多道防線，這樣能夠極大程度地提高橋梁結(jié)構(gòu)的整體抗震性。

5.對位于地震區(qū)域內(nèi)的橋梁結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行抗震設(shè)計時，橋墩要盡可能選用等截面的形式，這是因為此種類型的墩臺縱波應(yīng)力相對較小，有利于減少波應(yīng)力；在橋墩較粗且能夠承受較大的拉力時，為避免橋面在地震作用下出現(xiàn)上拋的情況，可以采用高強(qiáng)度螺栓將橋梁與墩臺可靠連接在一起；應(yīng)對橋臺的胸墻進(jìn)行強(qiáng)化處理，并在梁間設(shè)置彈性較好的襯墊，以此來緩和沖擊作用，限制梁的縱向位移，或是采用防震錨栓。

6.橋梁的結(jié)點區(qū)域一旦受到地震力作用而損壞，修復(fù)起來非常困難，所以在橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，不僅要確保墩、梁具備足夠的承載力，而且還要保證橋梁結(jié)點具有足夠的承載力，防止結(jié)點過早破壞的情況發(fā)生。

7.在墩臺的頂帽上，應(yīng)當(dāng)設(shè)置防落梁措施，如加設(shè)縱向或是橫向擋塊，以此來限制支座位移和滑動。

（二）道路橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的注意事項

1.因為地震災(zāi)害本身具有不確定性和隨機(jī)性，所以很容易造成橋梁結(jié)構(gòu)抗震計算失真。在對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震計算的過程中，一般采用的都是近似仿真的計算方法，所得的計算結(jié)果與實際震害存在一定的差異，如果完全按照抗震計算結(jié)果對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計，則會導(dǎo)致橋梁的抗震性能不足。為了避免此類問題的發(fā)生，應(yīng)當(dāng)以抗震計算結(jié)果為主要參考依據(jù)，并以結(jié)構(gòu)體系的選擇則和抗震構(gòu)造設(shè)計為重點，這樣能夠進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2.應(yīng)當(dāng)盡可能選用連續(xù)的橋跨代替簡支梁跨，以此來減少伸縮縫的數(shù)量，這樣不但能夠有效降低落梁的可能性，而且還能進(jìn)一步提升橋面行車的舒適性。需要特別注意的是，在地震區(qū)域內(nèi)的橋梁結(jié)構(gòu)，橋跨不宜過長，如果跨度過大，那么墩柱需要承受的軸向力也會隨之增大，這樣一來會使墩柱本身的延性降低，一旦發(fā)生地震，極有可能造成墩柱破壞。

3.采用橡膠支座且無固定支座的橋跨，必須設(shè)置防位移角鋼，以此來作為支座的抗震措施。同時，震區(qū)內(nèi)拱橋墩臺的基礎(chǔ)必須設(shè)置在巖性較好的場地上。

4.在設(shè)計墩柱時，為更好地提供約束，可以考慮采用螺紋型箍筋。同時，墩身與基礎(chǔ)的縱向筋伸入蓋梁和承臺必須有一定的錨固長度，以此來增強(qiáng)連接點的延性。

5.對于高度較高的排架式橋墩，墩與墩之間應(yīng)當(dāng)設(shè)置橫系梁，這樣能夠有效降低地震作用下墩柱的橫向位移幅度。此外，要對橋梁結(jié)構(gòu)的減隔震設(shè)計予以足夠的重視，并在抗震設(shè)計中，積極采用各種新技術(shù)、新材料，借此來提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能，這是非常重要的一點。

結(jié)論：

總而言之，道路橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計是較為復(fù)雜且系統(tǒng)的工作，由于地震本身所具有的不確定性，從而進(jìn)一步增大了抗震設(shè)計難度。為此，在橋梁抗震設(shè)計中，必須選擇采取科學(xué)合理、切實可行的方法，并對一些容易出現(xiàn)問題的事項加以注意，只有這樣，才能使設(shè)計出來的橋梁結(jié)構(gòu)符合抗震要求。

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