淺談現(xiàn)階段公路橋梁設計及其抗震優(yōu)化

文/王云峰、關雷 沈陽中遠交通勘察設計工程服務有限公司 遼寧沈陽 110000

1、公路橋梁抗震設計原則

為有效加強公路橋梁抗震設計，必須提高對公路橋梁抗震設計的重視，在此基礎之上開展橋梁設計工作。首先，設計過程中，要有詳細的計算簡圖，對地震傳遞方式有充分了解。其次，要求公路橋梁結(jié)構(gòu)的剛度和承載力滿足要求，只有確保剛度以及承載力的有效分布，才能夠防止局部產(chǎn)生削弱以及公路橋梁的薄弱部門產(chǎn)生突變；最后，公路橋梁還需要具備很好的承載力以及變形能力等?？傊挥写_保能夠根據(jù)這些原則來實施公路橋梁的抗震設計，才能夠在一定意義上確保公路橋梁的抗震性能。

2、公路橋梁結(jié)構(gòu)的震害以及原因分析

2.1 橋梁上部結(jié)構(gòu)的震害

結(jié)構(gòu)的震害主要分為兩種：移位震害和結(jié)構(gòu)震害。移位震害是比較常見的。地震發(fā)生后，梁式橋會產(chǎn)生較大的移位，在有伸縮縫的位置會出現(xiàn)梁體橫向移位、縱向移位和扭轉(zhuǎn)。地震力會對橋梁的上部結(jié)構(gòu)的各個節(jié)點造成損害，使梁體發(fā)生互相撞擊，導致橋梁產(chǎn)生變形，通常表現(xiàn)為梁體隆起；當上部結(jié)構(gòu)超過墩臺的支撐面時，即梁體橫向移位幅度過大，會出現(xiàn)落梁震害。主要原因是墩臺的支撐寬度不夠和限位構(gòu)造不牢固，在外力的作用下，導致梁體與墩臺產(chǎn)生相對移位，造成落梁。

2.2 橋梁墩柱的震害

橋墩是橋梁結(jié)構(gòu)最重要的承重構(gòu)件，在地震中，橋墩一旦被破壞，會導致落梁或橋梁整梯坍塌。橋梁墩柱的震害主要表現(xiàn)為：橋墩的沉降、傾斜、移位；墩體開裂、剪斷現(xiàn)象；鋼筋混凝土受壓崩裂、彎曲等。例如，汶川地震中，由于百花大橋橋墩抗彎能力不足，導致墩底保護混凝土的剝落。橋梁下部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題，主要是因為在橋梁設計和施工時，未考慮其抗震功能，或?qū)Χ罩鶑姸群妥冃涡钥紤]不足，不能承受大強度的地震力。

2.3 附屬工程的震害

這類震害，通常發(fā)生在橋梁的主梁與下部墩柱以及橋臺連接處都是最為脆弱的部位。在受到地震力的影響下，如果附屬工程沒有一定的限位承受力就容易產(chǎn)生震害現(xiàn)象，其主要表現(xiàn)為擋塊碰撞破壞、伸縮縫拉斷、支座脫離主梁、臺胸墻剪斷等。

2.4 地基基礎的震害

橋梁地基會在地震力的作用下出現(xiàn)地基沙化松軟、沉降不均、穩(wěn)定性差等狀況，直接導致地基的下沉、斷裂等震害。

3、公路橋梁抗震設計要點

3.1 公路橋梁設計的要點

公路橋梁設計要遵循耐久性、適用性、安全性和經(jīng)濟性的原則。在橋梁抗震設計中，要綜合考慮多個設計要點，對橋梁的抗震結(jié)構(gòu)和震力進行分析，合理設計橋梁，讓橋梁結(jié)構(gòu)滿足強度、延性、經(jīng)濟等多個指標，加固橋梁結(jié)構(gòu)的薄弱部位，減少震害的發(fā)生。

3.2 提高結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的強度和延性

由于地震時會造成橋梁結(jié)構(gòu)和構(gòu)件周期反復變形，不能只注重強度而忽視延性?？拐鹪O計要盡量減小地基傳入橋梁結(jié)構(gòu)的地震力。根據(jù)隨機地震反映理論和動力理論，使地基傳入橋梁結(jié)構(gòu)的震力盡可能的小，保證結(jié)構(gòu)具有恰當?shù)膹姸群脱有?，研究結(jié)構(gòu)延性和強度最恰當?shù)谋壤乐尾荒苋萑痰钠茐?、強度則是有利控制結(jié)構(gòu)變形。

3.3 橋梁的減震、隔震設計

橋梁的減震、隔震設計是提高橋梁抗震能力的有效手段，具有簡單、先進、經(jīng)濟的特點。減隔震支座的設計裝置使結(jié)構(gòu)消耗的能量較小，也增加了結(jié)構(gòu)的振型周期，降低地震時的震波頻率，使橋梁結(jié)構(gòu)受損程度降低，橋梁上部結(jié)構(gòu)震后可復位，減少了經(jīng)濟損失。

4、橋梁抗震優(yōu)化措施

4.1 橋梁上部架構(gòu)抗震設計優(yōu)化

落梁震害非常常見，實踐證明加強橋梁上部架構(gòu)的整體性，限制其移位，是提高橋梁上部結(jié)構(gòu)抗震能力的有效措施。提高上部結(jié)構(gòu)抗震能力的措施有：（1）在梁底部加焊鋼板，或采用縱橫約束裝置限制梁的移位，如拉桿、鋼筋混凝土擋塊等；上下部結(jié)構(gòu)鏈接多用錨栓，且錨栓要有足夠的強度；（2）梁端至墩臺帽或蓋梁邊緣距離以及掛梁與懸臂的搭接長度必須滿足地震移位要求；（3）橋梁跨度較大時，要采用連續(xù)梁代替簡支梁，以減少伸縮縫，且宜采用箱式截面等。總體來說，加強上部結(jié)構(gòu)的整體性，是提高橋梁上部結(jié)構(gòu)抗震能力的有效方式[1]。

4.2 橋梁下部結(jié)構(gòu)抗震設計優(yōu)化

隨著科技的發(fā)展，公路橋梁墩柱形式更傾向于輕盈美觀、經(jīng)濟實用。國內(nèi)的橋墩的主要形式有圓柱形、花瓶墩形和方形等。針對橋墩抗震設計研究主要有2 種設計理念：（1）塑形強化設計；（2）依靠減隔震體系進行耗能，采用減隔震支座，依靠支座變形耗散地震能量，下部結(jié)構(gòu)按照彈性理論進行設計。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在地震強度不同的區(qū)域采用不同的設計理念是較為經(jīng)濟合理的方式。高厚比較小的墩柱，在低度抗震設防烈度區(qū)域，建議采用剛性設計理念，即塑形強化；對于高度抗震區(qū)域，橋墩設計需要采用減隔震措施進行抗震耗能設計。對于高厚比較大的橋墩，建議直接采用延性設計理念。此外，橋梁支座的選擇也非常重要，要根據(jù)實際情況、注意水平受力的分擔，選擇合適的支座類型?？傮w來說，抗震設計要遵循均衡的原則，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟實用等具體情況，對墩柱、支座優(yōu)化選擇。

4.3 引進新型橋梁的抗震設計方法

在以往的橋梁結(jié)構(gòu)抗震設計中，我們主要采用提高結(jié)構(gòu)強度和增強結(jié)構(gòu)延性的方法來保障橋梁結(jié)構(gòu)抗震能力。但是這種方法在實際應用中有一定的局限性，由于地震的影響力與橋梁的抗震能力都是未知的，因此，當?shù)卣鸢l(fā)生時，橋梁依然受到了損害。所以，引進新型的橋梁抗震設計法勢在必行。現(xiàn)階段，在橋梁結(jié)構(gòu)設計中我們開始采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，這種型鋼混凝土結(jié)構(gòu)具有承載能力強、抗剪能力強、延性強的特點，因此，逐漸被廣泛應用。

結(jié)語：

總而言之，公路橋梁工程作為我國一種重要的交通基礎設施，是區(qū)域之間聯(lián)系的“大動脈”，其安全性和穩(wěn)定性直接關乎我國交通運輸業(yè)的發(fā)展。為了有效提升公路橋梁整體結(jié)構(gòu)的抗震性能，必須要在充分意識公路橋梁設計原則的基礎上，結(jié)合現(xiàn)場施工實際情況，采取科學、合理的隔震設計理念和方法，做好主體結(jié)構(gòu)和細部結(jié)構(gòu)的隔震設計，從而不斷提升我國公路橋梁工程的整體質(zhì)量。