公路橋梁抗震措施

李鑫成

摘 要：地震由于其難預(yù)測性及較為嚴(yán)重的破壞性是保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全性的重要考量之一，同時確立合理嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目拐鸫胧τ跍p輕地震及其次生災(zāi)害具有現(xiàn)實的意義。本文通過對我國公路橋梁地震破壞特點的總結(jié)，結(jié)合新版抗震規(guī)范提出公路橋梁抗震措施，以期為公路橋梁抗震設(shè)計與施工提供借鑒參考。

關(guān)鍵詞：抗震設(shè)計規(guī)范;地震破壞特點;抗震措施

0 引言

我國主要位于環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶，大陸板塊經(jīng)年累月受四周板塊的擠壓和撞擊作用，地致使我國地震活動頻繁發(fā)生，使得我國每年均有不同程度的地震災(zāi)害發(fā)生，時刻威脅著我國人民的生命財產(chǎn)安全。我國地震總體呈頻度高、強度大、分布廣、震源淺的特性，地震在發(fā)生位置分布上特點是東少西多，大都分布在五個地域：臺灣省、西南地區(qū)、西北地區(qū)、華北地區(qū)、東南沿海地區(qū)和23條地震帶上，其中我國西南地區(qū)是地震發(fā)生較多的區(qū)域，青藏高原向云貴高原和四川盆地的過渡地區(qū)是地震的發(fā)生頻率最高的區(qū)域，進入20世紀(jì)后，我國共遭受6級以上地震約800次，分布在除貴州、江浙兩省和香港特別行政區(qū)以外所有的省市區(qū);在傷亡人數(shù)的地理分布上特點是東多西少，主要是由于東部地區(qū)人口眾多且稠密，致使人民在自然災(zāi)害發(fā)生時傷亡嚴(yán)重。

近年來，我國由于地震而造成的死亡人口數(shù)逐年呈減少趨勢，是由于伴隨著科技的發(fā)展，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)抗震理念逐步加深，防震、減震方法措施大力推廣，抗震能力大大提升。但同時我國因為地震造成的經(jīng)濟損失卻逐年攀升，其緣由為緊隨著中國經(jīng)濟迅速騰飛，在單位面積上投入的資產(chǎn)密度大大增加。

因此，對于我國公路橋梁抗震能力的要求逐步提升，如何保證在地震時橋梁上行人行車的安全，甚至在罕見的強烈地震作用下橋梁結(jié)構(gòu)少破環(huán)，不塌落，可維修，便成為了當(dāng)前橋梁工程師的主要研究方向。

1 公路橋梁抗震設(shè)計規(guī)范

公路橋梁抗震設(shè)計規(guī)范在我國隨基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)歷經(jīng)了多次完善和修訂，參考日美等國的《公路橋梁抗震設(shè)計細則》于2008年實施，其確立了我國公路橋梁抗震設(shè)計方面的中心思想、計算模型與計算方法;吸收了近年來新的研究成果和歷年設(shè)計經(jīng)驗的《公路橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》于2020年實施，為我國橋梁抗震設(shè)計提出了適應(yīng)性的改善。

根據(jù)《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》（GB 18306-2015），全國地震動峰值加速度0.1 g（抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度）及以上地區(qū)的面積為58%，0.2 g（抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度）及以上地區(qū)的面積達到了18%，按照《公路橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》（JTGT 2231-01—2020）規(guī)定，對Ⅵ度地區(qū)的A類橋梁和Ⅶ度及以上地區(qū)的A類、B類、C類、D類橋梁必須進行抗震分析[1]，因此公路橋梁尤其是高烈度地區(qū)橋梁設(shè)計中應(yīng)著重考慮地震作用對橋梁安全的影響。

2 我國公路橋梁地震破壞特點

我國公路橋梁在地震作用下源于上部結(jié)構(gòu)直接承受結(jié)構(gòu)自身慣性力作用使得橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重?fù)p毀的實例較罕見，源于橋梁下部結(jié)構(gòu)在地震作用下?lián)p壞而致使上部結(jié)構(gòu)損壞則是我國過公路橋梁結(jié)構(gòu)損毀的主要成因，橋梁下部結(jié)構(gòu)通常的損壞方式有以下幾種：

（1）橋梁下部墩臺結(jié)構(gòu)在地震作用下的產(chǎn)生的相對位移大于橋梁主梁的支承長度，致使橋梁上部結(jié)構(gòu)在縱橋向位移過大而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)塌落而破壞（如汶川百花大橋落梁）。

（2）墩臺結(jié)構(gòu)的擋塊被破壞而致使上部結(jié)構(gòu)在橫橋向塌落而破壞。

（3）上下部結(jié)構(gòu)連接的支座等構(gòu)造處在地震作用下由于自身抗剪承載力較弱而被剪壞，致使上部結(jié)構(gòu)塌落而破壞。

（4）橋梁墩柱的塑性鉸區(qū)域的抗彎、抗剪承載力較差，導(dǎo)致橋梁墩柱破壞。

（5）橋梁墩柱、樁基礎(chǔ)鋼筋的連接部位及其錨固性能較差，導(dǎo)致橋梁墩柱破壞。

（6）松軟地基上的橋梁在地震時由于地層滑移導(dǎo)致墩臺移位造成破壞。

3 結(jié)合抗震規(guī)范提出抗震措施

3.1 合理選擇橋位和橋型

橋梁位置的選擇在橋梁設(shè)計中非?；A(chǔ)與關(guān)鍵，由于松軟區(qū)域較易在地震作用下使得其地質(zhì)自身失穩(wěn)，應(yīng)盡可能避開而優(yōu)先選擇堅硬的地域作為橋址區(qū)域，通常情況下，橋位多選在硬黏土地基、基巖和堅硬的碎石地區(qū)，盡力避開素填土、細砂等不良的地質(zhì)條件區(qū)域。

橋型的合理選用對于提高橋梁抗震性能尤為關(guān)鍵，設(shè)計人員需要結(jié)合項目區(qū)域的建設(shè)環(huán)境及地質(zhì)地層實情，依據(jù)工程實踐經(jīng)驗及周邊建設(shè)項目的實例，合理選擇上部、墩臺以及基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式，充分進行優(yōu)缺點比選。在保障經(jīng)濟性、安全性滿足項目建設(shè)要求的前提下，優(yōu)先選用受力合理，采用高強材料的橋梁結(jié)構(gòu)，以提升橋梁結(jié)構(gòu)具抗震、減震能力。

3.2 防落梁的措施

08版《公路橋梁抗震設(shè)計細則》指出橋梁上部結(jié)構(gòu)主梁的支承長度a≥70+0.5L（L為梁的計算跨徑，L單位為m，a單位為cm）[1]，但嚴(yán)格按此取值是不保守的，例如：汶川大地震時，部分橋梁的蓋梁寬度滿足細則中的要求，但還是發(fā)生了縱向落梁[3]，因此對于“長橋高墩”類型的橋梁應(yīng)保證上部結(jié)構(gòu)支承長度有更多的安全富余。20版《公路橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》中指出簡支梁橋和連續(xù)梁橋上部結(jié)構(gòu)梁端至墩、臺帽或蓋梁邊緣的距離a≥50+0.1L+0.8H+0.5Lk且不應(yīng)小于60 cm[2]，充分綜合考慮了橋梁聯(lián)長、跨徑和橋墩高度對橋梁的綜合影響，增強了適用性。在公路橋梁設(shè)計過程中同時應(yīng)該設(shè)置主粱限位裝置與縱向防落梁構(gòu)造，增強抗震性能。

橫橋向抗震擋塊的破壞在橋梁地震破壞形式中也較為普遍，由此凸顯了現(xiàn)階段對于擋塊設(shè)計較為簡單粗暴的問題，通常是因為擋塊尺寸較小，配置的受力主筋配筋較少，擋塊于梁板之間未設(shè)置減震橡膠墊塊，擋塊與梁體之間預(yù)留的5 cm縫隙在施工時往往難以保證。針對此情況在對擋塊進行設(shè)計時，應(yīng)合理設(shè)置擋塊尺寸、優(yōu)化主筋配置、設(shè)置減震橡膠塊、在梁與擋塊間設(shè)計預(yù)留5 cm～10 cm的間隙以確保橋梁橫向不落梁。

3.3 支座形式和布置方式

由于地震作用下一聯(lián)內(nèi)上部結(jié)構(gòu)的水平地震力是通過各墩臺的剛度進行分配并傳遞的，一聯(lián)內(nèi)若有墩梁固結(jié)的存在，則會導(dǎo)致橋梁全聯(lián)受到的地震作用很大一部分由墩梁固結(jié)位置下的橋墩承受，使得橋墩在地震厚很快損毀，使得全聯(lián)橋梁破壞。關(guān)于不等跨和相鄰墩高差距較大的橋梁，較大跨徑所在橋墩和較矮的橋墩由于集成剛度較大會產(chǎn)生較大的地震力，設(shè)計時應(yīng)盡量避免以上情況的出現(xiàn)，實在不能避開時宜設(shè)置抗震支座調(diào)整橋墩整體的合成剛度。

3.4 橋墩鋼筋配置

為確保橋墩不發(fā)生脆性損壞，在設(shè)計中應(yīng)確保橋梁墩柱的受力縱筋和螺旋箍筋組成鋼筋骨架，在地震作用下橋墩中混凝土在豎向受壓、橫向膨脹時，螺旋箍筋主要用于約束混凝土的橫向膨脹趨勢，尤其是塑性鉸區(qū)域內(nèi)混凝土，即可明顯的提高橋墩墩柱的抗壓承載能力，同時適度提高墩柱內(nèi)縱筋的配筋率，亦可提升混凝土墩柱的延性，加強橋墩的抗震性能。

在橋墩設(shè)計中應(yīng)依據(jù)抗剪計算結(jié)果來配置箍筋的使用，確定合適的箍筋間距，Ⅶ度及以上橋址區(qū)應(yīng)經(jīng)過計算選用墩柱構(gòu)造尺寸大小，確保塑性鉸區(qū)處于墩柱之上，塑性鉸區(qū)鋼筋應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范計算確定選擇合理的加密方式。在實際施工過程中，蓋梁、承臺中構(gòu)造鋼筋很多，螺旋箍筋布設(shè)與施工較為艱難，故此位于蓋梁、承臺中的加密箍筋應(yīng)采調(diào)整為使用環(huán)形箍筋。

4 結(jié)束語

橋梁建設(shè)關(guān)系到國家的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，關(guān)系到國民經(jīng)濟發(fā)展，設(shè)計工作者需不斷提升與完善，以更好地服務(wù)與公路建設(shè)，20版《公路橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》的實施，我國橋梁抗震方面將有新的卓有成效的措施以提升設(shè)計建設(shè)水平。

參考文獻：

[1]TG/TB02-01-2008，公路橋梁抗震設(shè)計細則[S].北京：人民交通出版社，2008.

[2]JTGT 2231-01-2020，公路橋梁抗震設(shè)計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2020.

[3]莊衛(wèi)林，劉振宇，蔣勁松.汶川大地震公路橋梁震害分析及對策[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2009，28（7）：1377-1387.