淺談高墩橋梁抗震設計

摘要：當前，部分高等級公路的橋梁均為不規則的高墩橋梁，并且主要橫跨河谷與深溝。

公路橋梁的設計極其重要，在設計中應考慮其的抗震性能。本文筆者針對高度橋梁的抗震設計進行分析，結合高墩橋梁的結構特點，從而闡述了其抗震的計算方法以及對策。

關鍵詞：高墩橋梁；概念設計；抗震措施

中圖分類號:U445文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2012)03(b)-0000-00

隨著我國公路建設的日新月異，高墩橋梁也越來越多。尤其是我國很多地方地形特殊，西南地區、西北地區以山區居多，在興建鐵路和公路時由于地形和地貌的需要，常常會使用很多高橋墩。山區的公路建設在地形復雜和地形陡峭的情況下，很多橋梁的建設都需要跨越河谷或者深溝，此時便會采用到跨徑不等的簡支橋梁或者是大跨度的連續鋼橋，橋墩高度往往會達到數十米甚至是上百米。近幾年來，高等級的公路建設已經開始越來越多，高墩橋梁必然也會隨之增加，應用會越來越廣泛。國內外的高墩橋梁在經受地震考驗方面都存在很多缺陷，導致震后修復工作難以開展。

1高墩橋梁的抗震概念設計

從上個世紀的七十年代開始，很多專家對大地震中的經驗進行了科學的總結，總結發現對于抗震設計來說概念設計的重要性要超出計算設計的重要性。抗震概念設計主要指的是一種基于震害經驗所建立的基本的設計原則和方法。主要是以工程概念作為基本依據，采用符合工程規律和本質的方法，對所設計的對象進行宏觀的控制。總體上說，抗震設計應該以概念設計作為基本的出發點，應該包含橋位選擇和橋型方案等基本設計內容，還應該包括橋梁結構的上部結構和下部結構的選擇以及連接等。

1.1橋梁的位置選擇

結構體系設計的關鍵在于能否滿足抗震的需求。高墩橋梁的設計應該考慮到很多因素，比如橋寬、橋長以及平豎曲線等各方面的因素。在高墩橋梁設計中這些因素有時候是無法進行調整的，然而橋墩的形式卻可以進行靈活的選擇，同時橋墩的形式還是對橋梁結構的地震響應產生影響的主要原因之一。高墩橋梁一般設置在彎道多，平、豎曲線半徑相對較小的地方，并且很大一部分都是變墩高的曲線式橋梁，結構很不規則。

1.2橋梁的結構特點與形式

橋梁的結構形式與特點直接關系到橋梁的質量與安全效益。大跨徑的連續鋼橋一般會采用單肢或者雙肢的薄壁橋墩。這類橋梁的橋墩抗震問題已經經過了很長時間的研究過程。高墩橋梁的設計始終是我國橋梁建設的關鍵問題。我國的橋梁建設中高墩橋梁所占的比例很高，同時由于地形和地貌的客觀情況，高墩橋梁的應用也很多，通常會保持在50-100米之間。

曲線橋梁的幾何形狀會影響到對于地震的響應。當遇到橫向地震時，即使是獨墩橋梁由于這種優勢也會產生強大的軸向力。然而，結構的不規則會導致橋梁的受力更加復雜，會對橋梁的高墩產生更大影響。當橋梁處于地震作用下時，矮墩的地震力是很大的，將有可能會發生提前破壞。但是，當高墩與矮墩不相吻合時，則可能會發生高墩的較大幅度的地震移位。這是引起橋梁的上部結構落梁或者支座脫落主要原因。

2抗震的計算方法

抗震的計算方法是進行高墩橋梁抗震設計的一個關鍵環節，是影響到高墩橋梁的抗震性能的重要因素。

2.1反應譜方法

橋線往往需要進行計算模型的的分析，一般經常采用反應譜分析。反應譜分析涉及到的參數主要包括輸入方向組合下單個支座剪切力最大值等各個因素，通過計算應該掌握在地震動作用下，大部分支座的順橋向彈性剪切力以及部分支座的橫向彈性剪切力與對應的臨界滑動摩擦力之間的數值關系，如果數值不在規定的范圍之內，其頂面與梁底面之間相對滑移的可能性將會增大，此時應該采取必要措施進行良好的抗震。

2.2宏觀力學計算方法

運用宏觀力學的方法分析和認識橋梁的動力學特性是抗震性能研究的基礎性工作。在進行動力學分析之前一般應該首先建立全橋線彈性的計算模型。通過對主梁和橋墩進行空間梁的單元模擬，在樁身單元上施加側向土彈簧來模擬橋墩的樁-土相互作用，然后選取合適的方法進行計算。架構動力學特性主要是通過自振頻率和振型兩個因素體現出來。

3高墩橋梁的抗震策略

3.1順橋向連梁裝置

順橋向連梁將會更好地防止伸縮縫兩側相鄰梁端相對墩頂蓋梁順橋向位移過大，從而可以更好地防止落梁現象的發生。針對這種情況應該在伸縮縫處的相鄰橋梁的兩端設置一定規格的精軋螺紋鋼筋、配套螺帽以及彈性橡膠墊組構成的裝置。此裝置主要是用于順橋向的連梁。

3.2合理的設計橋墩臺處檔塊

橋梁的上部結構比較容易發生橫向移位或者落梁，為了防止橋梁上部的結構對橋墩蓋梁發生此類不良影響，可以在各個橋墩蓋梁的頂面橫向兩側位置上設置具有彈塑性的擋塊，這種擋塊通常是由鋼性材質制作的。

3.3橋墩延性減震的運用

在強震作用之下高墩橋梁具有極其明顯的非線性特征，已經不再適合原有規范所規定的有關線彈性反應譜的計算方法，因為這種計算方法已經不能夠滿足結構安全的要求。綜合分析這些情況，應該采用一種考慮到高橋墩的的結構特性以及各種非線性特征的分析方法。并且要選擇合適的橫向彈塑性擋塊，利用這種擋塊對各墩頂橫向位移進行有效控制，較好的保護墩身的橫線受力，從而減輕橋墩橫向地震反應。

4結束語

高橋墩的建設質量會關系到高強度地震下的災后恢復工作開展。如果高橋墩的質量無法保證將會帶來很多后果，甚至會導致震后的次生災害。為了避免高強度的地震對于高墩橋梁的嚴重損壞，必須要重視橋梁結構的設計。高橋墩的抗震性能應該從結構選型開始進行綜合考慮，選擇一種結構合理和抗震模式，這將會大大減輕甚至避免地震災害的破壞程度。

參考文獻

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