論公路橋梁的細部設計對其抗震性能的影響

摘 要:作為交通基礎設施的重要組成部分，公路橋梁在促進社會經濟、文化的交流和發展方面具有著不可替代的作用。為避免震害給公路橋梁造成的威脅，保障人民生命財產安全，設計師應不斷總結經驗，完善橋梁設計細節，使設計方案在經濟、合理的基礎上，滿足抗震防災的建設目標。本文分析了公路橋梁震害產生的原因和橋梁抗震的設計原則，介紹了細部設計對公路橋梁抗震性能影響，并對伸縮縫、橡膠支座等重點環節的防震措施給予了詳細的說明。

關鍵詞:公路橋梁 細部設計 抗震性

中圖分類號:U442文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)07(a)-0121-01

1 震害原因分析及其對公路橋梁的損害

地震對公路橋梁造成的損害首先源于地震位移，位移使拱式結構橋梁的腹拱和拱上建筑遭到破壞，拱圈易在頂腳處產生裂縫或變形隆起;對梁式橋梁結構而言，地震位移常造成其因上部節點處蓋梁寬度不足而導致的落梁及梁間碰撞，而地震對地基土產生的液化作用常使位移增加，使落梁風險進一步加劇，軟弱地基處也可能隨著地基液化發生橋體傾斜、下沉等嚴重質量破壞。當橋梁支座在形式、材料上具有設計缺陷，或連接與支擋措施設計不足時，則可能發生支座位移變形過大的現象，導致其錨固螺栓剪斷、脫出及支座自身的結構損毀，并將結構力傳導至其他位置使震害影響更加廣泛。當支座傳遞的主梁地震力和自身慣性力超過橋體下部的承載能力時，下部結構即會出現變形和斷裂、失效，最終引起全橋的嚴重破壞甚至傾覆。中、大跨度橋梁在地震時常出現河岸滑移的現象，使橋臺移向河心，縮短了全橋長度，造成嚴重的后果。此外，橋臺臺后填土位移造成其傾斜或沉降，也會使扭矩超過橋墩臺的負荷能力而引起破壞。總之，地震對公路橋梁的影響因素非常復雜，如不在橋梁的設計階段，對其細部進行完善的抗震設計，或在設計中發生連接不當，未滿足規范要求等問題，都可能使橋梁在災害面前欠缺應有的穩定性，而一旦發生損毀事故，往往會帶來重大的人員傷亡和財產損失。因此，設計師必須謹慎對待橋梁細部結構，從各個環節全面提高其抗震性能，實現橋梁工程的使用價值和社會效益。

2 公路橋梁的抗震設計原則

根據建設使用環境的不同，公路橋梁抗震設計的重點也存在著差異。但抗震設計的基本原則都是一致的，即在經濟成本及施工能力允許的范圍內，盡可能實現橋梁結構在剛性、延性和強度等性能上的最優化組合。對公路橋梁而言，剛性對結構的變形控制具有重要作用，延性能抑制橋梁的脆性破壞，強度則是對抗地震振動能量的重要途徑。要做到這一點，首先要設計師全面掌握對結構震害有重要影響的各種因素，從場地的選擇開始，避免軟弱基質給橋梁帶來的風險。其次，應注重提高橋梁的整體性和細部抗震能力，要求結構布置尺寸規則、剛度均勻，并提高橋體結構與附屬構件的剛性、延性等抗震性能參數參數。此外，還應盡量使橋梁成為具有多道抵抗地震側向力的體系，在強地震動過程中，一道防線破壞后尚有第二、三道防線可以支撐結構，避免其倒塌。

3 細部設計對公路橋梁抗震性能的影響

3.1 細部結構設計

目前的橋梁設計往往過于重視橋梁整體強度而忽視了附屬結構等細部對抗震性能的影響，而很多橋梁震害的調查分析都顯示，細部構造恰恰決定了其結構動力響應與隔震、抗震效果。附屬結構對震害響應的計算方法較為復雜，也是其設計時無法滿足抗震要求的原因之一，因此更需要設計師加強對其計算分析的特別重視。以伸縮縫及支座等連接構件為例，其在往次震害中的破壞均較為嚴重和普遍，因此應將這些抗震薄弱環節作為設計重點。如選用伸縮縫時，應使其變形能力滿足預計地震產生的位移，并使伸縮縫支承面有足夠的寬度，同時設置限位器與剪力鍵。當1個寬行車道分開為2個較窄行車道時，為避免在岔道連接處產生很大的內力，可在分岔處設置一道伸縮縫來解決。而橡膠支座對振動具有一定的抵消作用，為降低梁體與橋臺、橋墩連接處的水平震動，應在此類關鍵位置設計隔震支座。活動的聚四氟乙烯支座、疊層橡膠支座、鉛芯橡膠支座等都可起到減隔震作用，因此可在梁體與墩、臺的連接處增加結隔震支座，使結構梁體通過支座與墩、臺相聯結，以其產生的柔性和阻尼減小橋梁的地震反應;實踐表明，減隔震支座的安裝能有效減小橋體墩臺所受的水平地震力，并具有成本經濟、耐久性好等優點。

設計師還應結合橋梁整體結構的動力特性進行各種抗震設計，并在必要處安裝減震裝置以增強橋梁的性能。具體做法包括:有條件的橋梁可以連續梁跨代替簡支形式，減少對脹縫的需要，從而降低地震時橋跨分離的潛在可能。橋墩上各簡支跨的跨間連接與橋臺，需提供足夠的加固寬度以防主梁產生位移。對橋梁支座的設計，可在擴大的支座面上安裝適當的擋塊來限制過量的運動，如采用制動器、加寬支座或安裝防止落梁的裝置，或使用錨拴來傳遞支座上的水平力和向上的豎向力。使用螺旋鋼筋及橫向系梁為墩柱提供足夠的約束。在處理好墩柱與蓋梁施工縫的基礎上，不要將墩柱的縱向鋼筋搭接或錨固在墩柱與蓋梁連接處的塑性鉸區域內，以增強柱與蓋梁結點處的延性。設計可抵抗墩柱彎矩與剪切力的基腳，基腳處不允許有塑性鉸結。可使用具有正彎矩橋頭搭板來連接橋臺，減少臺后填土的沉陷。

3.2 施工工藝的細節設計

對施工細節的忽略也是造成橋梁抗震性能不理想的重要原因之一，因此應在設計中予以重點規范，以引起施工方、監理方及業主的充分重視，確保設計目標的實現。以建設材料控制為例，應對混凝土強度等級、最大氯離子含量、最小水泥用量、水灰比等做嚴格規定，并根據不同環境制定出具體的量化標準，為施工提供指導。此外還應對振搗、澆筑、養護等重點工藝環節提出限制，確保橋梁施工的工程質量。

4 結語

作為交通基礎設施的重要組成部分，公路橋梁在促進社會經濟、文化的交流和發展方面具有著不可替代的作用，但其在設計、施工、管理等環節也面臨諸多考驗。為盡可能避免地震給公路橋梁造成的損害，保障人民生命財產安全，橋梁設計師應重視對橋梁抗震性能的研究，不斷總結經驗，完善橋梁設計細節，使設計方案在經濟、合理的基礎上，滿足抗震防災的建設目標，更好地為我國的基礎建設事業服務。

參考文獻

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