淺議橋梁的防震設(shè)計(jì)重要性

黃永強(qiáng)

淺議橋梁的防震設(shè)計(jì)重要性

黃永強(qiáng)

（四川恒盛路橋勘察設(shè)計(jì)有限公司，四川 攀枝花 617000）

想要實(shí)現(xiàn)橋梁建設(shè)質(zhì)量的提高、防止橋梁在地震等災(zāi)害中造成一定程度的損失，最主要的方法是提高橋梁的抗震設(shè)計(jì)。橋梁抗震設(shè)計(jì)工作對(duì)于整個(gè)橋梁的使用和后續(xù)維護(hù)工作具有重要意義，可以提高橋梁抗震設(shè)計(jì)的整體水平，進(jìn)一步提高橋梁的抗震效果，實(shí)現(xiàn)橋梁建筑穩(wěn)定性的提升，進(jìn)而保證道路交通的安全性和順暢性。本文主要分析橋梁抗震設(shè)計(jì)的重要意義，分析其中存在的不足，總結(jié)橋梁抗震設(shè)計(jì)的主要方法和對(duì)策，為今后橋梁防震設(shè)計(jì)工作提供一定參考。

橋梁；防震設(shè)計(jì)；重要性原則；方法對(duì)策

0 前言

我國(guó)屬于地震多發(fā)國(guó)家，一旦發(fā)生重大災(zāi)難，橋梁的穩(wěn)定性和抗震能力可以有效的保證經(jīng)濟(jì)效益及生命財(cái)產(chǎn)安全不受大的損害。所以，怎樣強(qiáng)化橋梁的抗震設(shè)計(jì)，提高其抗震設(shè)計(jì)質(zhì)量是我們今后工作的重點(diǎn)。

1 橋梁震害概述

1.1 上部結(jié)構(gòu)的震害

橋梁上部結(jié)構(gòu)受地震的破壞影響較大，如果下部結(jié)構(gòu)無(wú)效或者支承連接無(wú)效會(huì)影響橋梁主體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)、梁體出現(xiàn)扭曲，在毀壞性地震發(fā)生過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)主梁位移或者落梁等狀況，落梁會(huì)對(duì)橋梁主體產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞性。地震發(fā)生時(shí)，橋梁上部結(jié)構(gòu)比較容易受到影響的部分，是需要我們?cè)诮窈蟮脑O(shè)計(jì)工作中盡量避免的。一般情況下，橋梁發(fā)生落梁的情況大部分都發(fā)生在沿著橋向的方向，發(fā)生落梁概率的情況達(dá)八成以上，梁端碰撞橋墩的側(cè)面，嚴(yán)重破壞到下部結(jié)構(gòu)的橋梁體，進(jìn)而有可能造成更為嚴(yán)重的震害。

1.2 下部結(jié)構(gòu)的震害

下部結(jié)構(gòu)的震害是因?yàn)樵獾奖容^大的水平地震力的作用，瞬間重復(fù)震動(dòng)在相對(duì)比較薄弱的橫截面造成毀壞導(dǎo)致的,橋梁大規(guī)模范圍使用的柱式墩是由鋼筋混凝土構(gòu)成，以前的地震毀壞經(jīng)常發(fā)生在柱身或者蓋梁下部的連接位置，經(jīng)常發(fā)生鋼筋從淺基里拉出、鋼筋彎曲暴露在空氣中、受壓邊緣的混凝土崩潰，進(jìn)而造成過(guò)大的變形和損壞。鋼筋相對(duì)比較柔的混凝土橋墩的破壞方式通常屬于彎曲類型,如果打算增加該種結(jié)構(gòu)類型的抗震性能不能僅僅增加承載力的強(qiáng)度和韌性，而是提升鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)延性讓它能夠經(jīng)受比較大的塑性變形，并且盡量避免產(chǎn)生損傷累積的效應(yīng)。

2 橋梁抗震設(shè)計(jì)的重要性

隨著社會(huì)交通形勢(shì)的日漸嚴(yán)峻，多樣化的出行需求對(duì)于道路交通設(shè)置和規(guī)劃的要求也逐漸增高，如今，世界范圍內(nèi)的地震次數(shù)越來(lái)越多，很多國(guó)家為了使地震災(zāi)害降到最低程度，都在不斷探索新的抗震方法。對(duì)于交通方面來(lái)說(shuō)，橋梁的抗震設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)整個(gè)交通領(lǐng)域的安全性起到較大影響，橋梁的抗震設(shè)計(jì)會(huì)直接提高橋梁在經(jīng)歷地震災(zāi)害時(shí)的穩(wěn)定性，保證橋梁本身及周邊的道路通行安全。作為橋梁設(shè)計(jì)工作人員，要不斷普及橋梁抗震設(shè)計(jì)的重要性。當(dāng)然，在了解橋梁抗震設(shè)計(jì)的重要性的同時(shí)，我們更要清楚的了解橋梁震害的主要原因。

2.1 橋梁結(jié)構(gòu)缺乏防震設(shè)計(jì)

現(xiàn)在我們常見(jiàn)的橋梁一般都是梁式的，這種結(jié)構(gòu)的橋梁在發(fā)生地震后出現(xiàn)位移，很有可能會(huì)出現(xiàn)橋梁上部結(jié)構(gòu)因蓋梁寬度設(shè)置不合適而出現(xiàn)落梁或者梁體互相碰撞形成的破壞。在拱形結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)工作中，抗震設(shè)計(jì)如果不夠合理，最先破壞的部分就是拱上建筑和腹拱部分。位于拱頂和拱腳部分的拱圈會(huì)產(chǎn)生裂縫，也可能是整個(gè)拱隆起變形。

2.2 橋梁地基缺乏抗震設(shè)計(jì)

如果橋梁地基土受到地震的影響，那么不僅會(huì)加大地震的位移，也會(huì)放大橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)，從而造成落橋。有些橋梁在建設(shè)過(guò)程中會(huì)采用群樁基礎(chǔ)，這會(huì)造成樁基的承載力降低，進(jìn)而導(dǎo)致橋梁橫向或者豎向移動(dòng)。除此之外，如果在建設(shè)橋梁時(shí)沒(méi)有修建穩(wěn)定的地基，地震時(shí)便會(huì)因部分地基失穩(wěn)而引起結(jié)構(gòu)物的整體傾斜，從而造成落橋。

2.3 橋梁支座缺乏抗震設(shè)計(jì)

在地震力的作用下，如果橋梁支座沒(méi)有進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，必然會(huì)導(dǎo)致橋梁構(gòu)造上連接的不足?；蛘咴谶M(jìn)行橋梁支座施工時(shí)，沒(méi)有按照實(shí)際情況配置合理的支座型式、沒(méi)有采用質(zhì)量合格的建筑材料，也會(huì)導(dǎo)致橋梁支座發(fā)生過(guò)大的位移和變形，甚至?xí)斐芍ё腻^栓拔出、剪斷等各種形式的破壞。

3 橋梁震害的毀壞類型

3.1 支座毀壞

橋梁支座聯(lián)系著橋梁體和橋墩，是二者傳力的重要部位，如果它被毀壞將直接影響著橋墩和橋梁體。然而，歷年多次地震當(dāng)中支座發(fā)生破壞是非常常見(jiàn)的，由此我們可以看到，支座在整體橋梁的抗震能力方面屬于其中的最為薄弱的環(huán)節(jié)，支座的毀壞類型大致有以下幾種，剪斷、支座的錨固螺栓被拔出、支座自身結(jié)構(gòu)發(fā)生毀壞、活動(dòng)支座掉落等，而且同時(shí)伴隨支座墊石混凝土碎裂、尤其是在支座移位、脫落、傾倒之后，傳遞結(jié)構(gòu)力的形式產(chǎn)生變化，進(jìn)而會(huì)影響橋梁其他結(jié)構(gòu)位置的抗震性能，這樣便導(dǎo)致橋梁震害帶來(lái)的負(fù)面影響更深一步惡化。

3.2 落梁

梁間毀壞、支座損壞、梁的長(zhǎng)度不能滿足支撐、臺(tái)﹙墩﹚與梁體發(fā)生的位移比較大等情況都有可能造成落梁。

3.3 橋梁地基的破壞

地震導(dǎo)致地基發(fā)生液化反應(yīng)，造成承載能力降低，引起基礎(chǔ)沉降。進(jìn)而造成橋梁墩臺(tái)發(fā)生沉陷，該種現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在承載能力不是特別強(qiáng)的粘土質(zhì)砂土、砂質(zhì)粘土等地基當(dāng)中。地基發(fā)生液化的情況使得它剪切的能力大為減小，導(dǎo)致墩臺(tái)以及橋梁地基由于地震土壓力和靜止土壓力的影響順著液化部分轉(zhuǎn)動(dòng)或者水平移動(dòng)。橋梁地基造成的震害常以淺基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)墩臺(tái)發(fā)生移動(dòng)或者下沉最常見(jiàn)，橋梁基礎(chǔ)由于附近的地基在發(fā)生地震時(shí)產(chǎn)生塌方最可能發(fā)生在粉砂土、軟粘土以及飽和松砂層層面是傾斜狀的地方。在地基偏弱的區(qū)域，灌注樁被破壞的部分通常位于地面下部一至三米范圍以內(nèi)，橋墩產(chǎn)生水平移位屬于常見(jiàn)的現(xiàn)象。

4 橋梁抗震設(shè)計(jì)的原則

科學(xué)合理的橋梁抗震設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中要求對(duì)橋梁的各項(xiàng)指數(shù)進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，確保橋梁的強(qiáng)度、剛度和延性等數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)組合，保證橋梁結(jié)構(gòu)符合經(jīng)濟(jì)發(fā)展的初級(jí)目標(biāo)，也符合抗震設(shè)防的根本目的，想要實(shí)現(xiàn)這一目的需要橋梁設(shè)計(jì)工作過(guò)人員細(xì)致分析橋梁的結(jié)構(gòu)，了解地震特點(diǎn)，掌握橋梁結(jié)構(gòu)中會(huì)受地震影響的結(jié)構(gòu)因素。另外，相關(guān)工作人員要具備足夠的工作經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)能力，不能完全按照規(guī)范要求刻板的執(zhí)行。在實(shí)際抗震設(shè)計(jì)工作中，要遵循相應(yīng)的原則來(lái)提高橋梁抗震的基本性能。

4.1 選擇適當(dāng)?shù)膱?chǎng)地

想要確保橋梁抗震設(shè)計(jì)工作的有效性，就要堅(jiān)持選擇適當(dāng)場(chǎng)地的原則。在橋梁的選址時(shí)，要保證所選擇地址的抗震能力足夠強(qiáng)，另外要確保場(chǎng)地有足夠保證橋梁的地基穩(wěn)固性，這樣才能夠保證一旦發(fā)生地震時(shí)橋梁的穩(wěn)固。除此以外，我們還需要注意的是，除了不能夠選擇松軟的土地或者不穩(wěn)定的坡地，對(duì)可能會(huì)受到周邊影響的其他地區(qū)也不要選擇，這樣能夠避免其他危險(xiǎn)的出現(xiàn)。

4.2 注意結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱

橋梁的抗震程度在很大程度上會(huì)受其結(jié)構(gòu)影響，所以結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性設(shè)計(jì)是橋梁設(shè)計(jì)需要遵循的重要原則。在抗震度方面，等跨橋梁對(duì)稱性的結(jié)構(gòu)剛度要優(yōu)于不等跨橋梁對(duì)稱性的結(jié)構(gòu)剛度，在地震災(zāi)害的預(yù)防方面效果也更加明顯。例如，如果橋墩的高度相差較大，其不同高度的橋墩會(huì)受到不同的水平震力的危害，使得橋墩受到較大的地震力。所以在橋梁的防震設(shè)計(jì)工作上，要保證橋體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，盡量不選擇跨度大的結(jié)構(gòu)，最大可能的保護(hù)橋梁的穩(wěn)定性。

4.3 設(shè)置多道抗震防線

想要從根本上預(yù)防可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，就要預(yù)先設(shè)置風(fēng)險(xiǎn)的防護(hù)手段，在橋梁的抗震設(shè)計(jì)工作中要遵循盡量設(shè)置多道抗震防線的原則，保證橋梁能夠在遭遇不同方向震力的同時(shí)依然保持自身的穩(wěn)定性。如果在地震的破壞下，第一道防線被破壞，后續(xù)的防線也能夠緊接著提供后續(xù)的保護(hù)，這種多道抗震防線設(shè)置的原則能夠從根本上保證橋梁的穩(wěn)固性，可以有效的提高橋梁在經(jīng)歷地震災(zāi)害時(shí)橋體的穩(wěn)定性和抗震能力[1]。

4.4 能力設(shè)計(jì)原則

站在橋梁設(shè)計(jì)原則的角度分析，能力設(shè)計(jì)原則的根本設(shè)計(jì)要點(diǎn)在于重視安全度的不同，也就是說(shuō)在不同的構(gòu)建以及破壞模式下，確定不同強(qiáng)度的安全度，通過(guò)安全度差異的設(shè)置，保證橋體結(jié)構(gòu)在大地震下能夠?qū)崿F(xiàn)延性反應(yīng)。避免脆性破壞情況的出現(xiàn)，在過(guò)去我國(guó)傳統(tǒng)的建筑抗震設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，一般比較容易出現(xiàn)脆性破壞的情況，這是今后設(shè)計(jì)工作中需要避免的。

5 橋梁抗震設(shè)計(jì)技術(shù)方法

5.1 基于性能的抗震設(shè)計(jì)

基于性能的抗震設(shè)計(jì)指的是在不同頻率的地震影響下，可以保證橋梁的結(jié)構(gòu)能夠最大限度的預(yù)防地震帶來(lái)的影響，這是橋梁抗震工作的最終目的。這一設(shè)計(jì)理念的最終目的是確保在地震發(fā)生之后，可以最大限度的保護(hù)人員和財(cái)產(chǎn)不受損失或者將損失控制在最小范圍內(nèi)。另外，地震后，確保橋梁的結(jié)構(gòu)依然保持基本的使用性，這種設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)包括以下幾方面。首先是改變了以整體性考量為主的設(shè)計(jì)思路，開(kāi)始向量化的多重目標(biāo)發(fā)展?？拐鹉繕?biāo)的設(shè)計(jì)不僅僅局限在對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)的保障上，更主要的目標(biāo)和內(nèi)在需求是通過(guò)有效的抗震設(shè)計(jì)，最大程度的確保在不同等級(jí)的地震活動(dòng)下滿足橋梁具備不同使用性能的最終目的，保證人民生命財(cái)產(chǎn)不受威脅[2]。

在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們可以從以下幾方面入手。首先要重視橋梁的整體性設(shè)計(jì)，防止落梁。一般情況下常規(guī)橋梁的設(shè)計(jì)要重視橋梁縱向的聯(lián)系，同時(shí)增加梁寬以避免主梁出現(xiàn)位移的情況，另外要對(duì)墩臺(tái)頂蓋梁和支座的實(shí)際寬度進(jìn)行分析，結(jié)合具體情況進(jìn)行調(diào)整，要設(shè)置專門的擋塊；其次要重視結(jié)構(gòu)的規(guī)則性，防止橋體扭曲破壞，在進(jìn)行整體設(shè)計(jì)時(shí)，要確保連續(xù)跨內(nèi)下部墩身的主體剛度保持一致或者相對(duì)統(tǒng)一，確保結(jié)構(gòu)對(duì)稱，減小地震的影響，防止扭曲反應(yīng)的擴(kuò)大化；再次，要重視消能、隔振設(shè)計(jì)。位于高烈度區(qū)的橋梁應(yīng)將消能裝置設(shè)置在縱向位置上，還可以將結(jié)構(gòu)阻尼設(shè)置在梁體或者墩臺(tái)位置上形成消能機(jī)制[3]。

5.2 基于位移的設(shè)計(jì)方法。

實(shí)際上，在很早之前就有基于位移的設(shè)計(jì)方法，但知道最近幾年這一設(shè)計(jì)思路的發(fā)展才逐漸深化，也由此成為橋梁抗震設(shè)計(jì)的主要方法。這種方式是在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足的基礎(chǔ)上總結(jié)出來(lái)的，強(qiáng)度不足的主要原因在于一些外在環(huán)境，包括經(jīng)濟(jì)、施工水平等方面因素的影響，導(dǎo)致強(qiáng)度不足。在地震對(duì)梁體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)因此產(chǎn)生形變，這種情況下只有通過(guò)結(jié)構(gòu)性能衡量指標(biāo)的改變選擇一些適合的或者安全系數(shù)更高的構(gòu)件[4]。

5.3 多階段設(shè)計(jì)方法

想要最大可能的確保人員和財(cái)產(chǎn)安全不受地震影響，要不斷更新設(shè)計(jì)預(yù)防手段，避免震后經(jīng)濟(jì)受到不良影響。其中需要考量的內(nèi)容有很多，首先，要盡可能對(duì)橋軸線進(jìn)行直線設(shè)計(jì)，主要原因?yàn)榍€梁將導(dǎo)致地震作用下結(jié)構(gòu)反應(yīng)較為復(fù)雜，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)響應(yīng)的出現(xiàn)進(jìn)而增加位移，在橋梁抗震設(shè)計(jì)中盡可能不用伸縮縫確保橋面的連續(xù)性；其次，盡可能不要在軟土或砂土上進(jìn)行橋梁基礎(chǔ)建設(shè)，要在巖石或堅(jiān)硬土上進(jìn)行基礎(chǔ)建設(shè)，這樣可以有效避免地震等災(zāi)害對(duì)程建設(shè)的損害，確保順著縱、橫橋向的橋墩剛度相同，如剛度具有大改變地震過(guò)程中橋墩破壞程度較大；再次，在橋梁工程抗震設(shè)計(jì)中盡可能選用小跨徑，要在墩柱上設(shè)置塑性鉸這樣可以為觀測(cè)、修復(fù)提供方便。橋梁應(yīng)選用大變形能力的結(jié)構(gòu)。在抗震防線設(shè)置中應(yīng)選用超靜定結(jié)構(gòu),不能選用靜定結(jié)構(gòu)[5]。

6 結(jié)論

綜上所述，本文分析了地震對(duì)于橋梁的危害，針對(duì)地震對(duì)于橋梁危害的部位，隨后提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法，針對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中的注意事項(xiàng)，本文亦進(jìn)行了分析，目的是為了提高橋梁抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中的安全性及適用性。

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[5]劉志強(qiáng).淺析橋梁抗震設(shè)計(jì)的重要性[J].城市建筑.2019（09）：121.

黃永強(qiáng)（1989.02- ），男，民族;彝族,籍貫：四川攀枝花，職稱：工程師，學(xué)歷：本科，單位：四川恒盛路橋勘察設(shè)計(jì)有限公司，研究方向：橋梁設(shè)計(jì)。

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1007-6344（2021）04-0288-02