淺析公路橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的要點(diǎn)

杜 慧 平

(山西路恒交通勘察設(shè)計咨詢有限公司，山西 太原 030031)

淺析公路橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的要點(diǎn)

杜 慧 平

(山西路恒交通勘察設(shè)計咨詢有限公司，山西 太原 030031)

公路橋梁工程中的抗震設(shè)計對于橋梁工程的質(zhì)量影響比較大，也是非常關(guān)鍵的一項內(nèi)容，直接影響公路橋梁能否正常使用，對于使用壽命的影響也是非常明顯的,主要針對公路橋梁中的抗震設(shè)計要點(diǎn)進(jìn)行分析和研究。

公路橋梁，結(jié)構(gòu)設(shè)計，抗震設(shè)計，要點(diǎn)

近年來我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，高速公路橋梁主體結(jié)構(gòu)在遭受了地震的影響之后被嚴(yán)重的破壞，這會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。如何選擇橋梁的抗震結(jié)構(gòu)是保證其經(jīng)濟(jì)性和高效率的關(guān)鍵，同時還會避免橋梁在地震中發(fā)生損壞，這就需要相關(guān)的研究人員運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)知識進(jìn)行研發(fā)。

1 公路橋梁主要震害現(xiàn)象及原因分析

1.1震害現(xiàn)象

1)橋梁上部結(jié)構(gòu)在地震中非常容易發(fā)生墜毀、落梁等早期的病害。經(jīng)過長期的觀察發(fā)現(xiàn)，順橋向的墜落比較常見。當(dāng)橋梁在順橋向發(fā)生墜落的時候，梁體的一側(cè)會直接與橋墩發(fā)生碰撞，嚴(yán)重的損壞了橋梁的下部結(jié)構(gòu)。由此可見，地震中使得橋梁發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞的是順橋向。2)支撐連接部分發(fā)生了損壞、橋梁支座、伸縮縫以及掛梁指點(diǎn)等關(guān)鍵部分向來都是地震中極易發(fā)生損壞的結(jié)構(gòu)部分，在觀察了早期的橋梁損壞之后，發(fā)現(xiàn)在支撐連接部分出現(xiàn)的震害現(xiàn)象最為明顯。3)橋梁下部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的損壞,墩、臺等嚴(yán)重?fù)p壞使得橋梁發(fā)生倒塌、斷裂或者嚴(yán)重傾斜的情況；鋼筋混凝土橋梁的破壞主要體現(xiàn)在墩柱開裂、保護(hù)層脫落、縱向鋼筋彎曲或者斷裂等等，而基礎(chǔ)自身發(fā)生的損壞情況則不多見，該部分在地震的影響之下最容易出現(xiàn)沉降或者是滑動的情況。

1.2震害原因分析

1)設(shè)計結(jié)構(gòu)中存在缺陷。深入的分析近期內(nèi)的幾個破壞嚴(yán)重的地震之后發(fā)現(xiàn)，在較為嚴(yán)重的地震影響之下橋墩損壞嚴(yán)重，其在設(shè)計的過程中都是依據(jù)線性強(qiáng)度設(shè)計原理進(jìn)行的。這種設(shè)計原理主要考慮的是靜載荷，而沒有將變形能力和耗能能力加入進(jìn)去。這就導(dǎo)致了鋼筋混凝土墩柱在地震作用之后，會因?yàn)樵O(shè)計中的彎曲延性不足或者是塑性較弱而受到較強(qiáng)的剪切力而損壞其結(jié)構(gòu)。2)細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)中存在的缺陷。細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計中的缺陷比如橫向鋼筋數(shù)量不足或者間距過大，這就導(dǎo)致鋼筋的束縛能力比較弱并且不具備預(yù)防縱向鋼筋彎曲的能力，縱向和橫向的鋼筋因?yàn)閿?shù)量較少而無法形成較強(qiáng)的粘結(jié)性。細(xì)節(jié)設(shè)計中存在缺陷使得整體橋梁的抗震性能難以滿足要求，經(jīng)過地震影響之后容易發(fā)生主體結(jié)構(gòu)的損壞。

2 抗震設(shè)計原則

2.1體系的整體性和規(guī)則性

橋梁的整體性能要滿足抗震要求，上部結(jié)構(gòu)是連續(xù)的。整體性的結(jié)構(gòu)形式可以有效的防止一些結(jié)構(gòu)部分在地震的影響之下直接掉落下來，這也是結(jié)構(gòu)發(fā)揮空間作用的基礎(chǔ)條件。不管是平面還是立面中的結(jié)構(gòu)設(shè)置都要保證尺寸、質(zhì)量、剛度等滿足均勻性和整體性的要求。

2.2提高結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的強(qiáng)度和延性

橋梁結(jié)構(gòu)的地震損壞主要是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)發(fā)生振動而引起的，所以橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中要盡量的保證從地下傳遞的振動能量盡量減少，保證橋梁結(jié)構(gòu)更具強(qiáng)度和延性方面的要求。剛度的選擇可以避免結(jié)構(gòu)發(fā)生較大形變，同時強(qiáng)度和延性是結(jié)構(gòu)抗震性能的兩個最為重要的參數(shù)。因?yàn)榈卣鸢l(fā)生的振動是反復(fù)運(yùn)動的，在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中還要充分的考慮到在反復(fù)運(yùn)動影響之下剛度與強(qiáng)度發(fā)生退化效應(yīng)。只保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度而忽視了延性的設(shè)計是不符合實(shí)際使用需要的。

2.3能力設(shè)計原則

傳統(tǒng)的設(shè)計方法中認(rèn)為，最為理想的設(shè)計是保證所有的結(jié)構(gòu)部分都具備幾乎相同的安全性能，也就是整個工程中的結(jié)構(gòu)設(shè)計不存在薄弱位置。但是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)中的所有構(gòu)件對于整個工程的重要程度影響不同，并不能保證其具備相同的安全性，特別是抗震結(jié)構(gòu)。能力設(shè)計思想主要是根據(jù)建筑工程中的具體要求來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全性的差異，也就是根據(jù)需要來設(shè)置不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度。

2.4多道抗震防線

應(yīng)力圖使得橋梁具備多道抵抗地震的側(cè)向力體系，在較為強(qiáng)烈的地震影響之下，在一道抗震防線損壞之后還有第二道防線可以作為主體支撐結(jié)構(gòu)存在。因此，在進(jìn)行橋梁設(shè)計的過程中要根據(jù)需要進(jìn)行多道抗震防線的設(shè)計。

3 提高結(jié)構(gòu)抗震性能的方法

3.1隔震支座法

這種方法是目前橋梁抗震設(shè)計中使用比較普遍的一種方法，通過提升橋梁結(jié)構(gòu)的柔性和阻尼的方式來降低地震對于橋梁的影響。具體的實(shí)施方法是通過減、隔震的支座將梁體與墩、臺進(jìn)行連接，然后使用新型的工程材料來提高橋梁結(jié)構(gòu)的柔性和阻尼。這種方法是經(jīng)過了大量的實(shí)踐之后總結(jié)出來的，通過很多的試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，橋梁的連接處結(jié)構(gòu)對于抗震影響是非常大的。上述的連接方法能夠大大降低橋梁在地震影響之下所產(chǎn)生的墩、臺水平受力，從而有效的降低了地震對于橋梁所產(chǎn)生的影響，提高了整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。

3.2采用橋梁延性控制方法

橋梁的延性是保證其具備一定抗震性能的關(guān)鍵方法。延性主要體現(xiàn)在橋主體結(jié)構(gòu)或者材料對于強(qiáng)度沒有明顯降低之后所產(chǎn)生的非彈性變形能力。橋梁的延性可以通過其構(gòu)造結(jié)構(gòu)的截面曲率延性系數(shù)來進(jìn)行計算。在允許存在塑性鉸時，因?yàn)闃蚨兆陨砭邆湟欢ǖ难有?，通過適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)這一性能指標(biāo)，在橋梁承受地震時，這些部分會因?yàn)榇嬖谘有运苄糟q而形成一定的彈塑性變形，并且可以適當(dāng)?shù)耐蒲咏Y(jié)構(gòu)周期，同時可以分擔(dān)一定的地震能力。通過提升橋墩自身的延性指標(biāo)，可以將地震力在一定的限度之內(nèi)進(jìn)行分解，這也是一種非常常見的抗震設(shè)計方法。

在進(jìn)行延性抗震設(shè)計的過程中，需要根據(jù)其發(fā)生的彈性來計算塑性變形的程度，這樣可以提升抗震等級，從而盡量的降低地震所產(chǎn)生的影響。在對橋梁進(jìn)行抗震設(shè)計的過程中，需要全面的考慮到其影響系數(shù)來體現(xiàn)其塑性變形程度，以此提升橋梁的抗震性能。

3.3采用隔震支座和阻尼器相結(jié)合的系統(tǒng)

隔震支座的結(jié)構(gòu)形式可以大大提升橋梁的整體抗震性能，而增加地震的阻尼也可以提升其該項性能指標(biāo)，在設(shè)計過程中，如果選擇兩種方法結(jié)合的方式可以成倍的提升抗震性能。在兩者的共同影響之下，通過彈塑變形可以消耗部分地震能力，降低地震危害。

3.4引進(jìn)新型橋梁的抗震設(shè)計方法

在傳統(tǒng)的橋梁抗震性能設(shè)計中，主要使用的是“蠻力”的方法來進(jìn)行，也就是通過設(shè)計方法來提高整體的強(qiáng)度和延性，以避免在遇到地震之后發(fā)生嚴(yán)重的損壞，如果橋梁自身的抵抗能力強(qiáng)于地震影響力，自然可以不被損壞。但是這種方法在使用中，抗震能力并不能確定，而地震往往也是不可預(yù)測的。如果兩個未知的情況出現(xiàn)在一起，就容易導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)恰恰相反，橋梁會受到嚴(yán)重的傷害，這樣的例子也是非常多的。新型橋梁在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的基本原則是鋼混結(jié)構(gòu)，其具備非常明顯的性能優(yōu)勢。主要是因?yàn)殇摶旖Y(jié)構(gòu)的承載能力優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)形式，同時還具備較強(qiáng)的抗剪能力和延性，在橋梁設(shè)計中非常的普遍。

4 結(jié)語

隨著人們對于地震認(rèn)識度逐漸提高，通過研究之后可以采用不同的結(jié)構(gòu)形式來提升橋梁的各方面性能，保證其具備較強(qiáng)的抗震性能，提高橋梁的安全性。只有深入的了解了地震發(fā)生的特點(diǎn)和對于橋梁的破壞能力，在設(shè)計中加入一些比較先進(jìn)的抗震性能措施，才可以大大提升橋梁的抗震性能。

[1] 劉 陽.公路橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計要點(diǎn)分析[J].交通建設(shè)與管理，2015(Z2)：51-53.

[2] 張美娜,金旭昌.基于性能的橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計研究進(jìn)展[J].遼寧省交通高等專科學(xué)校學(xué)報，2012(3)：12.

[3] 莊泳浩,劉 芳.公路橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計要點(diǎn)分析[J].中國市政工程，2011(4)：106-107.

Analysisofseismicdesignofhighwaybridgestructure

DuHuiping

(ShanxiHengRoadTrafficSurveyandDesignConsultingCo.,Ltd,Taiyuan030031,China)

Seismic design of highway bridge engineering in the relatively large influence on the quality of the bridge project, is also a very important content, directly affect the highway bridge can be used normally, are obvious to influence the service life of the. In this paper, the main points of seismic design for highway bridges are analyzed and studied.

highway bridge, structural design, seismic design, key points

1009-6825(2017)29-0164-02

2017-08-06

杜慧平(1980- ),女,工程師

U442.55

A