現(xiàn)階段城市橋梁抗震設(shè)計及其相關(guān)對策分析

王煥利

摘要：本文主要從橋梁抗震設(shè)計的重要性及常見橋梁震害出發(fā)，闡述了現(xiàn)階段城市橋梁抗震設(shè)計要點(diǎn)，最后對橋梁可行性的防震策略進(jìn)行了探究分析。

關(guān)鍵詞：道路橋梁；抗震設(shè)計；分析

一、橋梁抗震設(shè)計的重要性及常見橋梁震害

（一）橋梁抗震設(shè)計的重要性

近年來，由于地震災(zāi)害頻繁，導(dǎo)致我國一些受震害波及的城市建筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性都遭到了不同程度的影響。與建筑結(jié)構(gòu)相比，橋梁結(jié)構(gòu)對地震的影響更加敏感，這是因?yàn)榇蟛糠謽蛄憾际庆o定結(jié)構(gòu)或是低次超靜定結(jié)構(gòu)，一旦某個或是幾個構(gòu)件出現(xiàn)損壞，便會導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)被破壞，這也是地震災(zāi)害來臨時，橋梁比建筑結(jié)構(gòu)更顯脆弱的主要原因之一。地震災(zāi)害對橋梁結(jié)構(gòu)的影響具體表現(xiàn)為兩種形式：其一，場地與結(jié)構(gòu)的相對位移產(chǎn)生的強(qiáng)制變形；其二，場地自身運(yùn)動導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)震動。其中強(qiáng)制變形會對橋梁結(jié)構(gòu)的安全性造成一定影響，而結(jié)構(gòu)震動達(dá)到某種程度時，便會引起橋梁結(jié)構(gòu)損壞或是倒塌。為了確保橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性，必須對橋梁抗震設(shè)計予以高度重視。

（二）常見的橋梁震害

一般而言，橋梁震害主要有以下類型：

1、支座震害。橋梁支座是整個橋梁結(jié)構(gòu)中最薄弱的結(jié)構(gòu)，由于在結(jié)構(gòu)設(shè)計時未能充分考慮抗震要求、支座形式及原材料本身的缺陷、相應(yīng)的構(gòu)造措施不到位等，較為典型的破壞形式為支座移位、活動支座脫落等。

2、橋臺震害。當(dāng)?shù)鼗休d力部分喪失或完全喪失后，就會引發(fā)橋臺滑移及傾斜，一旦某一端的橋臺出現(xiàn)垮塌，便會導(dǎo)致邊跨落梁的嚴(yán)重災(zāi)害。

3、墩柱震害。其表現(xiàn)形式主要有延性的彎曲和脆性的剪切破壞，前者多以開裂為主，且會產(chǎn)生出較大程度變形；后者是造成橋梁垮塌的主要原因之一。

4、基礎(chǔ)震害。根據(jù)橋梁震害調(diào)查分析，地基失效是引發(fā)橋梁基礎(chǔ)震害最主要的原因之一。此外，樁基設(shè)計不合理、橋梁上部結(jié)構(gòu)慣性力傳導(dǎo)等也容易引起基礎(chǔ)震害。

二、城市橋梁抗震設(shè)計要點(diǎn)

（一）城市橋梁抗震設(shè)計原則當(dāng)前道路橋梁抗震設(shè)計中主要遵循“小震不壞、中震可修、大震不倒”的原則，并關(guān)按照抗震規(guī)范主要采用三水準(zhǔn)抗震設(shè)防目標(biāo)以及兩階段設(shè)計的要求，其中，三水準(zhǔn)設(shè)計的要求是在第一水準(zhǔn)時，結(jié)構(gòu)處于彈性工作階段，因此可采用線彈性動力理論進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析，以滿足強(qiáng)度要求。在第二水準(zhǔn)時，橋梁可能出現(xiàn)一定程度的破壞，但經(jīng)過修理后仍可繼續(xù)使用。在第三水準(zhǔn)時，橋梁結(jié)構(gòu)能夠有較大非彈性變形，但仍應(yīng)控制在規(guī)定范圍內(nèi)。而兩階段設(shè)計，第一階段采用第一水準(zhǔn)的地震烈度及相關(guān)地震動參數(shù)，按彈性理論計算地震作用效應(yīng)與其他荷載組合，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載力和彈性變形驗(yàn)算；第二階段設(shè)計取第三水準(zhǔn)的地震動參數(shù)進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)薄弱部位的彈塑性層間變形驗(yàn)算，同時采用相應(yīng)的構(gòu)造措施。

（二）節(jié)點(diǎn)抗震設(shè)計

節(jié)點(diǎn)是連接橋墩和蓋梁的傳力構(gòu)件，是保證整個結(jié)構(gòu)良好工作的關(guān)鍵部位，屬于能力保護(hù)構(gòu)件。因此，對其強(qiáng)度和剛度要求都較高。在橋梁結(jié)構(gòu)中，如果橋墩和蓋梁剛度比較接近，則在地震作用下，結(jié)構(gòu)受到側(cè)向慣性力作用，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)箍筋受力很大，容易出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)剛度退化。一方面會導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土剪切破壞；另一方面又會導(dǎo)致橋墩內(nèi)力重分布，墩底截面彎矩加大，更快達(dá)到屈服狀態(tài)，降低橋梁結(jié)構(gòu)橫橋向整體的抗震能力。

（三）整體優(yōu)化設(shè)計

從橋梁整體結(jié)構(gòu)上進(jìn)行抗震分析，包括橋型、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、墩臺、基礎(chǔ)的處理等。在構(gòu)造細(xì)節(jié)上主要包括一些基本抗震措施，如支座選擇、擋塊設(shè)置、墩的箍筋配置、節(jié)點(diǎn)配筋構(gòu)造等等。在確定路線總體走向和主要控制點(diǎn)時，應(yīng)盡量避開基本烈度較高的地區(qū)和震害危險性較大的地段。對于地震區(qū)橋型選擇，盡量減輕結(jié)構(gòu)的自重和降低其重心，以減小結(jié)構(gòu)物的地震作用和內(nèi)力，提高穩(wěn)定性；力求使結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量中心與剛度中心重合，以減小在地震中因扭轉(zhuǎn)引起的附加地震力，應(yīng)協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)物的長度和高度，以減少各部分不同性質(zhì)的振動所造成的危害作用，適當(dāng)降低結(jié)構(gòu)剛度，使用延性材料提高其變形能力，從而減少地震作用。

（四）減隔震設(shè)計

1、由于地震力作用力非常大，所以在道路橋梁抗震設(shè)計中一般會采用傳統(tǒng)抗震設(shè)計和減隔震設(shè)計法來去減輕道路橋梁震害，其中，傳統(tǒng)抗震設(shè)計是增大構(gòu)件斷面及配筋，致使結(jié)構(gòu)剛度增大，達(dá)到減輕震害的目的；而減隔震設(shè)計是采用柔性支承延長結(jié)構(gòu)周期，減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)；采用阻尼器裝置耗散能量，限制結(jié)構(gòu)位移，保證結(jié)構(gòu)在正常使用荷載作用下具有足夠的剛度。

2、減隔震裝置的應(yīng)用，通常減隔震裝置主要有：整體型減隔震裝置包括鉛芯橡膠支座、高阻尼橡膠支座、摩擦擺隔震支座；分離型減隔震裝置包括橡膠支座+金屬阻尼器、橡膠支座+黏性材料阻尼器、橡膠支座+摩擦阻尼器。

三、城市橋梁的防震措施

（一）上部結(jié)構(gòu)抗震措施

實(shí)踐證明，加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的整體性，限制其位移，是提高橋梁上部結(jié)構(gòu)抗震能力的有效措施。對于梁橋，用連續(xù)梁替代簡支梁可減少伸縮縫，從而減少因橋跨分離產(chǎn)生位移導(dǎo)致的落梁事故；當(dāng)采用多跨簡支梁時，應(yīng)加強(qiáng)梁間的縱、橫向聯(lián)系，將橋面做成連續(xù)，或采用先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)的構(gòu)造措施。采用真空壓漿方法，保證預(yù)應(yīng)力管道水泥漿飽滿對提高預(yù)應(yīng)力橋梁的強(qiáng)度和剛度很有幫助。在同一座橋上不宜拱式與梁式橋型混合一起，否則，應(yīng)將其銜接部位的橋墩予以加強(qiáng)。拱橋主拱圈宜采用抗扭剛度較大的箱形拱、板拱等。

（二）下部結(jié)構(gòu)抗震措施

1、橋臺的抗震防護(hù)措施

橋臺胸墻要加強(qiáng)，并加大配筋數(shù)量，用來緩沖地震的作用力。在各梁中間和梁與橋臺胸墻中間適當(dāng)設(shè)置彈性墊塊，選取淺基的橋洞和通道來加強(qiáng)下部的支撐梁板，為防止墩臺在地震時滑移，盡量使結(jié)構(gòu)形狀保持四鉸框架。當(dāng)橋位位置處于液化土或軟土地基時，使得橋梁中線與河流保持正交形狀，并適當(dāng)增加架橋距離，才能保證橋梁的安全質(zhì)量。

2、橋墩抗震保護(hù)措施

當(dāng)前，絕大多數(shù)橋梁建筑中的結(jié)構(gòu)都是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，雖然鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有優(yōu)秀的抗震性能，但是如果設(shè)計不合理，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在地震的作用下就會造成巨大的破壞。所以，通過一些抗震的措施來保證結(jié)構(gòu)具有抗震所需的延性抗震能力十分重要，其目的是為了在高強(qiáng)度地震中，保證建筑物的結(jié)構(gòu)不被改變和破壞，使建筑物結(jié)構(gòu)的完整與安全得到有效地保障。

（三）連接件的抗震設(shè)計

在橋梁結(jié)構(gòu)中，支座和伸縮縫等連接件是橋梁整體抗震性能上的薄弱部位，且梁體位移多發(fā)生在伸縮縫位置，所以，在設(shè)計中要盡量減少伸縮縫的用量，而選用伸縮縫時，應(yīng)使其變形能力滿足預(yù)計地震產(chǎn)生的位移，并使伸縮縫的支承面具有足夠?qū)挾?，同時應(yīng)設(shè)置限位器與剪力鍵橡膠支座使其具有一定的消能作用。

四、結(jié)語：

總之，橋梁作為城市交通重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，其結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)定與否事關(guān)重大?，F(xiàn)階段，我國城市交通壓力日益增強(qiáng)，加強(qiáng)城市橋梁建設(shè)能有效的緩解城市交通壓力，那么，如何有效的提高橋梁的質(zhì)量，進(jìn)而抵御地震的破壞是當(dāng)前相關(guān)部門需要認(rèn)真探索的課題。因此，在橋梁抗震設(shè)計中要加強(qiáng)抗震設(shè)計的研究，積極探索橋梁抗震設(shè)計的新方法，以期更好提升城市橋梁的抗震性能。