橋梁抗震設(shè)計的探析

史明明

摘 要：橋梁工程在我國是連接不同區(qū)域之間的重要紐帶，但由于我國很多區(qū)域處于地震帶上，對橋梁的抗震性能要求較高，因此，需要在設(shè)計之初做好抗震設(shè)計，提升橋梁工程的抗震性能。論文分析了地震對橋梁的影響，探究了橋梁工程中橋梁抗震設(shè)計的關(guān)鍵點，提出了抗震設(shè)計期間需要注意的事項。

關(guān)鍵詞：橋梁工程;抗震設(shè)計;荷載;關(guān)鍵點

0 引言

減震設(shè)計的關(guān)鍵作用在于有效消除橋梁結(jié)構(gòu)中聚集的能量，消除介質(zhì)為減震支座、阻尼器等，以此減少橋梁在震動作用下產(chǎn)生的負面問題，增強橋梁主體結(jié)構(gòu)抗震能力。為此，在開展橋梁設(shè)計工作時，應(yīng)盡可能地控制橋梁位移問題，加強橋體結(jié)構(gòu)保護效果。

1 地震對橋梁的影響

地震對橋梁的破壞力巨大，當出現(xiàn)地震后，會對橋梁的安全性、穩(wěn)定性及其他方面造成極大影響，具體表現(xiàn)為：（1）會對地基產(chǎn)生破壞。當?shù)卣鸢l(fā)生后，地基是最先遭受沖擊的部分，如果橋梁工程的地基土質(zhì)松軟，對地基的破壞力會更大。（2）會對橋墩產(chǎn)生破壞。在發(fā)生地震后，橋墩會在地震波的影響下出現(xiàn)偏移，這時就會剪斷支座錨栓，極有可能造成橋段斷裂或者橋梁坍塌。（3）會對橋梁支座產(chǎn)生破壞。當?shù)卣鸢l(fā)生時，地震的破壞力會得到支座的阻擋與消除，雖然支座能對橋梁主體進行保護，但支座被破壞后，也會發(fā)生落梁的問題。所以，需要做好抗震設(shè)計，降低地震產(chǎn)生的破壞。

2 橋梁抗震設(shè)計理論思想

（1）強度設(shè)計理論思想。這種是橋梁抗震設(shè)計最初的設(shè)防思想，設(shè)計中僅考慮了地震力對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響，體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)對強度的要求，而對結(jié)構(gòu)的損傷卻無法有效控制。雖然也采用了一定的構(gòu)造措施保證延性設(shè)計，但是局限性較大。（2）位移設(shè)計理論思想。這種是直接以控制目標位移作為抗震設(shè)計的參數(shù)，使結(jié)構(gòu)本身能夠抵抗地震時的位移，從而在地震作用下，控制結(jié)構(gòu)的位移。（3）性能設(shè)計理論思想。這種是我國現(xiàn)行規(guī)范采用基本抗震設(shè)計思想。《城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》（CJJ166—2011）中提出三水平抗震設(shè)防思想。在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計壽命周期內(nèi)，發(fā)生破壞性地震可能性不是很大，完全都按照罕遇強地震進行結(jié)構(gòu)設(shè)計顯然不經(jīng)濟。我們既希望橋梁在地震作用下的破壞程度安全可靠，又希望結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)濟合理，尋找二者之間的優(yōu)化平衡。

3 橋梁抗震設(shè)計的措施

3.1 地震荷載

地震荷載的分析包含的內(nèi)容眾多，需要對所在地區(qū)的震動峰值、加速度進行確定，同樣，也要對抗震設(shè)計程度進行確定。在設(shè)計期間，橋梁的抗震程度較高，一般要高出1度。在設(shè)計期間，要增加擋塊，方向為橫向與豎向，而且要將橡膠墊片進行加裝，在提升橋梁結(jié)構(gòu)延展性期間，可以對集中部位的鋼筋進行適當增加。假設(shè)橋梁工程項目為7度區(qū)的高速公路，對橋梁的規(guī)格確定為B類，這時可以設(shè)地震的基本烈度、地震動峰值加速度、場地地震動反應(yīng)譜特征周期分別為7度、0.10g、0.45 s。確定出橋梁的墩高為57.5 m，又由于橋墩的高度超出30 m，已經(jīng)不再是規(guī)則的橋梁，所以，對于橋梁的抗震性能進行分析具有重要意義?？梢酝ㄟ^MM/TH法對抗震要求進行設(shè)計。

3.2 性能為核心的抗震設(shè)計

抗震性能具體指橋梁工程結(jié)構(gòu)在承受地震力時，地震力具有不規(guī)律性，橋梁工程結(jié)構(gòu)的抗震性能具有預期對抗地震力的目標性能。應(yīng)設(shè)計目標范圍，對受損情況予以控制，保障橋梁工程在地震完成時，其交通性、安全性能夠繼續(xù)保持。性能為核心的抗震設(shè)計的應(yīng)用優(yōu)勢在于：從宏觀視角保障抗震設(shè)計可行性，完成定性向量化目標的過渡，調(diào)整抗震設(shè)計的核心價值。由保障橋梁工程安全性，轉(zhuǎn)化為各類地震作用橋梁工程性能建設(shè)目標，以此借助多重設(shè)計視角、多層次抗震設(shè)計元素，最大程度地保障橋梁工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，減少地震災害帶來的負面應(yīng)用。橋梁工程結(jié)構(gòu)性能的建設(shè)預期內(nèi)容，具體表現(xiàn)如下：（1）針對地震危險因素采取科學定義確定方式。（2）針對橋梁工程結(jié)構(gòu)在各類地震災害作用下有可能性形成損壞、性能降低等問題，確定橋梁工程結(jié)構(gòu)建設(shè)形式，保障其震后使用的有序性。（3）抗震性能設(shè)計包括多種方法，具體表現(xiàn)為承載力確定、位移控制、能量設(shè)計等。

3.3 增量動力分析方法（IDA）

增量動力分析（IDA）指的是持續(xù)調(diào)整每個地震波的具體振幅，從彈性階段一直持續(xù)到屈服階段，然后從彈塑性階段再次持續(xù)到結(jié)構(gòu)破壞狀態(tài)，然后對結(jié)構(gòu)當中的不穩(wěn)定狀態(tài)進行分析。在這個過程當中，執(zhí)行了非常多非線性動力學的分析。面對不同地震級別，該方法可以反映結(jié)構(gòu)的抗震能力，主要包含結(jié)構(gòu)的強度、變形過程以及剛度等。在實施IDA方法中，需要選擇一些具備代表性的地震波。確定結(jié)構(gòu)狀態(tài)變形以及地面強度之后，利用地震加速度的調(diào)整，實施時程分析。生成的時間歷史分析曲線屬于IDA曲線，該曲線在分析中可以利用需求以及容量系數(shù)方法等完成性能評估。通過研究可以表明，IDA方法可以與Pushover分析方法在使用的過程中可以相互結(jié)合，這樣才會使得鋼結(jié)構(gòu)的具體抗震性能評估具備有效性。

3.4 橋梁抗震設(shè)計方案分析

（1）概念設(shè)計。根據(jù)以往的抗震經(jīng)驗，在設(shè)計時需要獲取抗震設(shè)計的基本概念與思路，為橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的方案及細節(jié)確定提供支持。（2）地震響應(yīng)分析方法的改變。抗震設(shè)計理論與方法在不斷創(chuàng)新變化，在設(shè)計期間需要考慮地震的特征以及其他特征。（3）多階段設(shè)計方法?？拐鹪O(shè)計工作在不斷變化，尤其是在不同結(jié)構(gòu)、不同概況地震等的作用下，需要在設(shè)計時分為多個階段，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)從單一階段設(shè)計到多階段設(shè)計方法的轉(zhuǎn)變。（4）根據(jù)性能設(shè)計。強度雖然是抗震能力衡量的一個重要指標，但是不能作為唯一的指標，主要是由于在強震下材料的彈塑性會發(fā)生改變，在塑性階段消耗地震能力的大小及變形情況，可以對發(fā)生破壞的情況進行判斷。在抗震設(shè)計時，需要對抗震性能進行判斷，這樣才能確保設(shè)計的可靠性與合理性。

3.5 減隔震技術(shù)的適用性

在開展橋梁工程減震設(shè)計期間，應(yīng)科學確定減隔震技術(shù)的適用范圍，此技術(shù)不宜應(yīng)用在軟土路基工程中。在軟土路基的作業(yè)環(huán)境中，地基與樁基之間產(chǎn)生的側(cè)向剛度不足，將會引起橋梁工程形成較長的地震周期。在此情況下，如若使用減隔震技術(shù)，將會造成較為嚴重橋梁工程坍塌現(xiàn)象。此技術(shù)較為適宜應(yīng)用在較高剛性能力橋墩工程中，能夠減少地震在橋梁工程中產(chǎn)生的負面作用，有效分離橋梁上部與橋墩兩者運動，保障橋梁振動周期的延長效果，減少地震作用對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的破壞。

4 結(jié)束語

我國幅員遼闊，很多區(qū)域處于地震帶上，對橋梁的安全性與穩(wěn)定性造成極大影響。為更好地應(yīng)對地震造成的破壞，需要做好抗震設(shè)計，所以需要做好橋梁結(jié)構(gòu)、支座剛硬度、橋墩長度等的設(shè)計與計算，確保抗震設(shè)計的合理性與可靠性。在設(shè)計期間需要重點關(guān)注一些注意事項，這樣才能為抗震設(shè)計水平的提升提供支持，確保我國橋梁工程建設(shè)的有效進行。

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