深入闡述提高公路橋梁結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計(jì)方法

葉福遠(yuǎn) 陳偉

摘要：文章結(jié)合實(shí)際，提出影響公路橋梁結(jié)構(gòu)危害的因素包含支座破壞、上部結(jié)構(gòu)地震破壞、下部結(jié)構(gòu)破壞等因素，同時(shí)對(duì)公路橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的原則進(jìn)行總結(jié)，最后提出幾種常見(jiàn)的公路橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能方法，實(shí)踐可知，在公路橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)不同類型的結(jié)構(gòu)危害，可以選擇針對(duì)性的抗震設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：公路橋梁；結(jié)構(gòu)抗震；設(shè)計(jì)方法

如何才能提高公路橋梁的抗震性能，是近年來(lái)技術(shù)人員研究的重點(diǎn)，提高抗震性可以防止橋梁在地質(zhì)中受到損壞，保障交通運(yùn)行更加的安全。

1.地震對(duì)公路橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的危害

1.1支座破壞

橋梁結(jié)構(gòu)的上部主梁與支座連接起來(lái)，一旦遇到地震，如果其防震措施不合理，則會(huì)導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)發(fā)生變形和移位的現(xiàn)象，當(dāng)變形達(dá)到了支座上限之后，錨固螺栓將直接發(fā)生斷裂，從而使得支座遭到整體損壞。

1.2上部結(jié)構(gòu)地震破壞

地震發(fā)生時(shí)，如果主梁等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部分因?yàn)榈卣鸬淖饔枚嬖诨蝿?dòng)，當(dāng)其與相鄰部件撞擊時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致發(fā)生損壞。此外，如果變形過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體發(fā)生位移及損傷，進(jìn)而致使主梁出現(xiàn)墜落的隱患。

1.3下部結(jié)構(gòu)破壞

該損壞的部分為橋臺(tái)與橋墩結(jié)構(gòu)部分。橋臺(tái)和基礎(chǔ)在地震的影響之下會(huì)產(chǎn)生一定的位移，從而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)部分出現(xiàn)開(kāi)裂、傾斜等現(xiàn)象，還有可能在薄弱的位置上斷裂。地基土在受到地震的影響之后，則會(huì)發(fā)生有液化問(wèn)題，從而導(dǎo)致其承載性能難以滿足實(shí)際需要，也會(huì)使得地基結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滑移與沉降的現(xiàn)象，地基會(huì)受到嚴(yán)重的損壞。在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，地基是主要的受力結(jié)構(gòu)部分，如果基礎(chǔ)遭到損壞，則會(huì)導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)無(wú)法支撐，落梁?jiǎn)栴}隨之產(chǎn)生。

2.抗震設(shè)計(jì)原則

2.1體系的整體性和規(guī)則性

橋梁整體性需要符合抗震性能的需要，其上部結(jié)構(gòu)是連續(xù)結(jié)構(gòu)形式。整體性結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案是能夠避免因?yàn)槟骋徊糠执嬖诘卣鸬挠绊?，而?dǎo)致存在直接下落的情況，從而滿足正常使用的需要。無(wú)論是平面與立面結(jié)構(gòu)中尺寸、質(zhì)量、剛度等應(yīng)該達(dá)到均勻性與整體性。

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)出現(xiàn)地震的損壞主要是由于結(jié)構(gòu)在振動(dòng)作用之下導(dǎo)致的，因此橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要達(dá)到降低地下傳動(dòng)能量的要求，確保橋梁結(jié)構(gòu)符合強(qiáng)度與延性的需要。剛度性能主要是為了可以避免整體結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，從而使得橋梁可以在長(zhǎng)期使用中還保持著較高的性能。地震發(fā)生之后，振動(dòng)并不是單一方向的，而是反復(fù)運(yùn)動(dòng)的，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮到該反復(fù)運(yùn)用所產(chǎn)生的影響，要考慮到其會(huì)造成的強(qiáng)度與剛度的損害問(wèn)題。只是一味的提升強(qiáng)度指標(biāo)而忽視延性也是無(wú)法滿足交通運(yùn)行需要。

2.3能力設(shè)計(jì)原則

在傳統(tǒng)橋梁設(shè)計(jì)方案中，最佳設(shè)計(jì)方案是確保所有的結(jié)構(gòu)部分強(qiáng)度是一致的，也就是說(shuō)整體的結(jié)構(gòu)部分，都不存在任何的薄弱環(huán)節(jié)。但是由于結(jié)構(gòu)中的所有構(gòu)件并不存在同樣重要的影響，也就無(wú)法確保其安全性全部相同，尤其是抗震結(jié)構(gòu)部分。能力設(shè)計(jì)的思想就是要結(jié)合橋梁運(yùn)行的實(shí)際情況，深入了解其結(jié)構(gòu)安全性指標(biāo)，要根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的需要確定構(gòu)件強(qiáng)度。

2.4多道抗震防線

應(yīng)力圖使得橋梁中存在有多道抗震側(cè)向力體系，在發(fā)生了巨大的地震之后，如果一道抗震防線失效之后還有第二道放線可以起到應(yīng)用的支撐作用。因此，在實(shí)施橋梁設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須要設(shè)計(jì)多道抗震防線。

3.提高結(jié)構(gòu)抗震性能的方法

3.1隔震支座法

這種方法是當(dāng)前橋梁抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用比較廣泛的方法，其可以大大提升整體結(jié)構(gòu)的柔性與阻尼，從而避免地震對(duì)于橋梁產(chǎn)生較大的影響。在施工中的具體方法是利用減、隔震支座，將橋梁結(jié)構(gòu)中的墩與臺(tái)結(jié)構(gòu)有效的連接起來(lái)，并且使用新型的施工材料提升其阻尼與柔性。這種方法是在大量的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)的，并且有很多成功的案例，可以在較大范圍內(nèi)推廣使用。這種連接方法可以有效的降低地震產(chǎn)生之后給墩、臺(tái)所造成的水平作用力，進(jìn)而能夠避免地震過(guò)多的對(duì)橋梁產(chǎn)生影響，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)部分可以抵抗更大的地震影響。

3.2采用橋梁延性控制方法

橋梁的延性也是抵抗地震作用的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。延性主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)或者材料在強(qiáng)度不會(huì)明顯下降的前提之下，所具有的非彈性變形能力。橋梁的延性一般都是利用構(gòu)造結(jié)構(gòu)截面曲率延性系數(shù)進(jìn)行計(jì)算確定。在允許存在有塑性鉸過(guò)程中，由于橋墩也具有延性，還應(yīng)該采取有效的措施提升該指標(biāo)，一旦受到地震的影響，這些部分就會(huì)由于存在該性能而發(fā)生彈塑性變形現(xiàn)象，從而可以有效的推延結(jié)構(gòu)周期，還能夠承載部分地震作用力。采取措施提升延性指標(biāo)可以在合理范圍內(nèi)分解地震力，這是目前應(yīng)用比較廣泛的一種抗震設(shè)計(jì)方法。

延性抗震設(shè)計(jì)時(shí)，需要按照彈性指標(biāo)確定塑性變形程度，從而能夠大大提升結(jié)構(gòu)的抗震性能，避免地震給橋梁產(chǎn)生的不利影響。橋梁抗震設(shè)計(jì)中，要綜合分析影響系數(shù)所造成的塑性變形問(wèn)題，從而可以全面提升抗震綜合性能，滿足運(yùn)行安全性的需要。

3.3合理使用隔震支座和阻尼器

隔震支座的主要作用是提高橋梁的抗震性能，并且可以通過(guò)增強(qiáng)地震阻尼的方式來(lái)使其更好的抵抗地震的影響，根據(jù)設(shè)計(jì)方案的要求，可以選擇應(yīng)用該兩種方法，大幅提升橋梁的抗震性能。合理應(yīng)用隔震支座與阻尼器，可以使得其存在的彈塑變形抵消地震能量，從而避免地震造成大面積的損壞。

3.4引進(jìn)新型橋梁的抗震設(shè)計(jì)方法

在傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)方案中，很多都是通過(guò)增加尺寸、加強(qiáng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而提升其強(qiáng)度與延性指標(biāo)，從而可以有效的防止在地震發(fā)生之后給橋梁造成巨大的影響，也就是橋梁自身具備較強(qiáng)的抵抗能力，其比地震的作用力更強(qiáng)，這樣就不會(huì)受到地震影響而破壞。但是應(yīng)用這種方法，并不能準(zhǔn)確的確定抗震能力，因?yàn)榈卣鹜ǔＪ菬o(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的。如果兩種未知的情況在共同的影響之下，往往會(huì)出現(xiàn)相反的效果，也就是橋梁的損壞程度比較大，這樣的例子也是不勝枚舉的。新型橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本都采用的是鋼混結(jié)構(gòu)，其性能比較優(yōu)越，可以滿足大部分的使用條件。

4.橋梁抗震設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

（1）橋梁軸線盡可能的設(shè)計(jì)成為直線的形式，如果是曲線形式，則會(huì)導(dǎo)致在地震作用之下呈現(xiàn)出復(fù)雜的受力特點(diǎn)，不利于抗震性能的提升。（2）盡量減少伸縮縫的數(shù)量，確保橋面連續(xù)性。（3）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)盡量的設(shè)置在巖石等硬體結(jié)構(gòu)上，如果是軟土地基則會(huì)在地震作用下發(fā)生偏移，并且出現(xiàn)塌陷、沉降等現(xiàn)象。（4）各個(gè)方向橋墩剛度最好是一致的，如果剛度相差較大，則地震發(fā)生時(shí)整體結(jié)構(gòu)容易嚴(yán)重?fù)p壞。（5）塑性鉸進(jìn)行的布置在墩柱結(jié)構(gòu)上，這樣可以有效的進(jìn)行修復(fù)處理，盡量不要設(shè)置在主梁、蓋梁或者水下位置上。（6）設(shè)計(jì)多到地震防線，盡量的的選擇使用超靜定的結(jié)構(gòu)形式。（7）避免存在脆性與失穩(wěn)的情況，提升延性指標(biāo)。

5.結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，我國(guó)很多橋梁都受到了地震的嚴(yán)重影響，人們對(duì)于地震認(rèn)識(shí)度有了較大的提升，可以在設(shè)計(jì)中采用更好的結(jié)構(gòu)形式來(lái)提升性能，確保其可以抵抗地震力的影響，更加具有安全性。但是應(yīng)該掌握地震發(fā)生特點(diǎn)以及損壞能力，結(jié)合實(shí)際情況選擇合適的抗震設(shè)計(jì)方案，大大提升抗震綜合性，滿足交通運(yùn)行的需要。

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