市政橋梁設(shè)計(jì)的防震設(shè)計(jì)探究

張永生 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230001）

市政橋梁設(shè)計(jì)的防震設(shè)計(jì)探究

張永生 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230001）

在橋梁建設(shè)方面中國(guó)始終處于領(lǐng)先的地位，但是因?yàn)閲?guó)內(nèi)不少地方發(fā)生地震的概率低，所以沒有很多的建筑防震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，因此國(guó)內(nèi)在市政橋梁防震設(shè)計(jì)方面還存在一定缺陷，文章分析了市政橋梁震害的因素，研究設(shè)計(jì)市政橋梁的基本原則和理念，并且提出了幾種合理的解決措施。

市政橋梁；防震設(shè)計(jì)；探究

縱觀歷史，市政橋梁始終都是交通項(xiàng)目建設(shè)的關(guān)鍵部分，市政橋梁每天都需要承載大量的人流，不但能夠幫助橋梁連接兩地交換物質(zhì)和金錢，也能夠促進(jìn)各國(guó)之間的文化傳播。但是在自然災(zāi)害面前橋梁遭受到嚴(yán)重打擊，因此人員也應(yīng)該注重建筑的安全性，怎樣有效避免地震帶來的巨大影響，為未來設(shè)計(jì)和發(fā)展市政橋梁的關(guān)鍵，依據(jù)震害的成因分析基本原理，然后提出合理的解決措施，為以后發(fā)展市政橋梁奠定基礎(chǔ)。

第一，梁式橋梁會(huì)因?yàn)榈卣鹞灰茖?dǎo)致上部節(jié)點(diǎn)活動(dòng)位置由于沒有設(shè)置足夠的蓋梁寬度出現(xiàn)落梁或者梁體碰撞的現(xiàn)象，以至于嚴(yán)重影響橋體結(jié)構(gòu)。拱式橋梁一般來說都是破壞拱土和腹拱結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的，拱頂和拱圏的拱角位置會(huì)形成裂縫，嚴(yán)重甚至導(dǎo)致變形。

第二，地震發(fā)生以后會(huì)液化橋梁地基土，極大程度上破壞了橋梁基礎(chǔ)，同時(shí)地表也會(huì)出現(xiàn)一定的位移，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響，增加橋梁落梁出現(xiàn)的概率。

第三，設(shè)計(jì)橋梁抗震結(jié)構(gòu)的時(shí)候經(jīng)常忽略支座設(shè)計(jì)的抗震性，因?yàn)橹ё鶝]有足夠的抗震性能，以至于在地震的影響下，地表形成比較大的變形和位移，嚴(yán)重影響梁上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，導(dǎo)致出現(xiàn)不穩(wěn)定的橋梁結(jié)構(gòu)，上述這種現(xiàn)象會(huì)破壞橋梁的眾多部位。

第四，地震對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)的破壞。橋梁下部結(jié)構(gòu)存在相對(duì)比較差的抗震性能，地震發(fā)生以后橋梁下部結(jié)構(gòu)形成橫向裂縫和豎向裂縫，若橋梁下部結(jié)構(gòu)形成裂縫會(huì)嚴(yán)重破壞橋梁整體結(jié)構(gòu)。

第五，軟土地基橋梁受到地震影響以后會(huì)降低橋梁長(zhǎng)度，同時(shí)也會(huì)引發(fā)橋梁地基的移動(dòng)，屬于一種危害性最大的橋梁震害。

從古至今，橋梁防震設(shè)計(jì)都是十分重要的。古代設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)的時(shí)候就能夠充分研究自然災(zāi)害的影響，設(shè)計(jì)出很多千年不倒的橋梁。國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)市政橋梁的主要理論就是西方工程學(xué)，相比較古代橋梁結(jié)構(gòu)來說，現(xiàn)代橋梁架構(gòu)存在很大差距，但是具備相似的性質(zhì)，都包含地質(zhì)學(xué)科、工程力學(xué)的理論。設(shè)計(jì)橋梁防震結(jié)構(gòu)主要包括兩方面——隔震和防震。防震實(shí)際上是依據(jù)提高橋梁結(jié)構(gòu)總體強(qiáng)度來確保橋梁設(shè)計(jì)的抗震能力，隔震實(shí)際上就是提高設(shè)計(jì)的針對(duì)性，提升橋梁結(jié)構(gòu)主要部位和構(gòu)件性能，科學(xué)的使用阻尼來對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以便于降低關(guān)聯(lián)損壞和提升橋梁結(jié)構(gòu)抗震能力。

市政橋梁存在不同功能類型和多樣化的形式，設(shè)計(jì)過程中具備不同的要求，如立交橋設(shè)計(jì)中一般主要就是多支柱，橋面重心和高度相對(duì)比較高，設(shè)計(jì)橋梁防震標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，需要高出低橋面很多。所以橋梁設(shè)計(jì)過程中首先明確設(shè)計(jì)目標(biāo)，然后分析設(shè)計(jì)中技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)需求，在整個(gè)工程中進(jìn)行防震設(shè)計(jì)，防震設(shè)計(jì)并不是獨(dú)立存在的。此外，設(shè)計(jì)橋梁防震結(jié)構(gòu)的時(shí)候有機(jī)統(tǒng)籌經(jīng)濟(jì)效益和防震效果，因地制宜地進(jìn)行設(shè)計(jì)，在對(duì)造價(jià)進(jìn)行控制的前提下保障設(shè)計(jì)的效果。設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)該考慮實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，了解環(huán)境地質(zhì)特性、環(huán)境情況，對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行實(shí)地考察，進(jìn)行系統(tǒng)的分析，選擇穩(wěn)定性比較好的隔震設(shè)備[1]。

設(shè)計(jì)橋梁減隔震的時(shí)候需要盡可能降低地震給橋梁造成的損害，現(xiàn)階段開發(fā)高效科學(xué)的減隔震支座是實(shí)現(xiàn)防震、隔震的主要途徑。利用模型來對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)支座系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化以作為設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。目前減隔震支座設(shè)計(jì)中依據(jù)技術(shù)的基本原理可以分為三種類型：滑動(dòng)摩擦類隔振支座、粘性體減震支座、疊成鋼板橡膠類支座。設(shè)計(jì)大跨橋梁結(jié)構(gòu)長(zhǎng)應(yīng)用減震技術(shù)，不同于市政橋梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的就是自然阻礙橋梁，一般具備比較小的跨度，但是因?yàn)槎喾N因素不是十分常見大跨橋，基本上都是應(yīng)用在困難高架橋改建中。市政橋梁設(shè)計(jì)中主要應(yīng)用半主動(dòng)、主動(dòng)以及被動(dòng)控制的減震阻尼器方式，對(duì)阻尼特效和結(jié)構(gòu)剛度調(diào)整以后可以降低振動(dòng)幅度和橋梁位移，盡可能降低地震的損害。被動(dòng)減震器技術(shù)主要包括粘彈性阻尼器、摩擦阻尼器、金屬阻尼器等，上述設(shè)備可以有效降低發(fā)生地震時(shí)梁被輸入的能量，具備維護(hù)成本低、可靠性好的優(yōu)勢(shì)。主動(dòng)控制減震系統(tǒng)沒有很高的應(yīng)用頻率，實(shí)際上就是利用外部能力來對(duì)運(yùn)行形勢(shì)進(jìn)行改變，雖然擁有比較好的控制效率，但是目前該技術(shù)不是十分成熟和也不具有可靠性。

市政橋梁設(shè)計(jì)過程中分析橋梁易損性是主要內(nèi)容，實(shí)際上就是說在一定地面運(yùn)動(dòng)參數(shù)地震模型的情況下來研究構(gòu)件的損失概率。地震模型參數(shù)有地面持續(xù)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、地震運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)速度峰值等，上述信息數(shù)據(jù)就需要具備能夠支持監(jiān)測(cè)地震的設(shè)備。結(jié)構(gòu)損傷程度包括5個(gè)等級(jí)，分別為無(wú)、輕微、中等、嚴(yán)重、完全。分析地震易損性的過程中主要有3個(gè)步驟，即繪制易損性曲、分析結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)、評(píng)價(jià)構(gòu)件實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)損傷程度。上述系統(tǒng)步驟中都需要科學(xué)、系統(tǒng)的理論和數(shù)據(jù)信息[2]。

目前市政橋梁設(shè)計(jì)的主要結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土，為了避免地面建筑出現(xiàn)比較多的高架橋，受到偶然荷載、自然條件等的影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)性能裂化，以至于傳統(tǒng)的防震設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸不能滿足實(shí)際需求，影響結(jié)構(gòu)域的抗震性能。但是如果想要拆除或重建市政橋梁會(huì)浪費(fèi)很多成本，因此，初始設(shè)計(jì)的時(shí)候需要預(yù)留一定的空間。柱間澆筑填充墻加固技術(shù)、外包鋼加固技術(shù)、加大截面法加固技術(shù)等都是現(xiàn)階段常用的技術(shù)，近年來橋梁設(shè)計(jì)人員越來越注重纖維材料加固技術(shù)，初始設(shè)計(jì)橋梁的時(shí)候需要依據(jù)附近情況，來為以后維護(hù)加固預(yù)留一定的空間[3]。

設(shè)計(jì)市政橋梁防震結(jié)構(gòu)的時(shí)候應(yīng)該充分研究地質(zhì)條件、地面水情況、橋址、車流量、人群分布等，然后依據(jù)科學(xué)的設(shè)計(jì)方式和選擇合適的材料來進(jìn)行施工。經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，需要注重細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)，形成設(shè)計(jì)市政橋梁防震結(jié)構(gòu)的基本理念，盡可能降低震后橋梁的損失[4]。

建筑行業(yè)成為現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展的熱點(diǎn)問題，目前社會(huì)正在大力發(fā)展市政橋梁工程，但是實(shí)際操作中防震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)還是會(huì)出現(xiàn)一定問題和不足，怎樣存利去害是未來研究的重點(diǎn)。優(yōu)化市政橋梁的過程中首先對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，明確了解市政橋梁設(shè)計(jì)中有利于和不利于抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的部分。重點(diǎn)分析附屬抗震技術(shù)、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)以及橋梁形狀設(shè)計(jì)等內(nèi)容[5]。

設(shè)計(jì)市政橋梁防震結(jié)構(gòu)屬于高科技含量的工程，不僅需要科學(xué)專業(yè)知識(shí)，也需要專業(yè)的科學(xué)人才，依據(jù)先整體后細(xì)節(jié)的方式來建立橋梁的整體結(jié)構(gòu)，然后逐項(xiàng)分析處理橋梁體系。建設(shè)橋梁的時(shí)候需要驗(yàn)證所有步驟，對(duì)校驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行核查，如建設(shè)材料如果出現(xiàn)磨損或者裂縫，此時(shí)需要加固處理所有材料結(jié)構(gòu)，建設(shè)中不管是大問題、還是小問題都需要及時(shí)解決，如檢測(cè)使用材料的安全性和強(qiáng)度[6]。

綜上，國(guó)內(nèi)是地震高發(fā)區(qū)域，設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)的時(shí)候需要切實(shí)滿足橋梁抗震的基本需求。橋梁抗震設(shè)計(jì)人員應(yīng)該因地制宜的進(jìn)行設(shè)計(jì)，保障能夠全面滿足實(shí)際需求。

[1]高海洋，等.交聯(lián)聚乙烯高壓電力電纜隨地鐵高架橋敷設(shè)應(yīng)用[A].第十九屆華東六省一市電機(jī)工程(電力)學(xué)會(huì)輸配電技術(shù)研討會(huì)論文集[C].2011.

[2]劉培雷.市政橋梁設(shè)計(jì)的防震設(shè)計(jì)分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2016(11).

[3]孫崧江，陶葉飛.論巿政橋梁的防震性問題[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013(12).

[4]陳國(guó)陽(yáng)，張?chǎng)?市政橋梁設(shè)計(jì)中的防震設(shè)計(jì)研究[J].城市建設(shè)理論研究，2015(25).

[5] 呂玲玲.市政橋梁設(shè)計(jì)中的防震設(shè)計(jì)研究[J].交通世界（工程技術(shù)），2015(12).

[6]梁曉佩.市政橋梁設(shè)計(jì)中的隔震設(shè)計(jì)分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2015(14).

U442.5+5

A

1007-7359（2016）05-0208-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.073

張永生（1978-），男，安徽懷寧人，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)，碩士；高級(jí)工程師，國(guó)家注冊(cè)一級(jí)建造師。