橋梁抗震性及耐久性設計實例研究

胡玲玲

（新疆交通規劃勘察設計研究院，新疆 烏魯木齊 830006）

1 項目概況

玉山古溪河流域平均海拔高，流域集水面積大，干流沿途匯集多條發源于較高山區的河流，液態降水區范圍大。玉山古溪河的暴雨洪水既能獨立發生，亦常與消融洪水相遭遇，形成混合型洪水。玉山古溪河雨區范圍廣，局部地段降雨易引發暴雨洪水。單純的暴雨洪水往往陡漲陡落，洪量較小。但當暴雨洪水與消融洪水遭遇，特別是在消融洪水初期發生遭遇，極易形成較高洪峰，玉山古溪河的暴雨洪水是形成該河大洪水的重要原因。根據水文計算：K162＋678.00大橋橋位處匯水面積為3 464km2；計算橋孔凈長Lj＝227.2m。擬在K162＋678.00處設置8—30m裝配式預應力混凝土箱形連續梁橋，交角為70°。

在布設孔徑及位置時主要依據水文計算、經濟、國防、運營、施工和養護、工農業生產需求及現有老路橋涵的使用狀況，經綜合分析，選取最佳方案。本次橋涵設計在遵循總原則的基礎上重點突出了安全、適用、保護環境、保護耕地、施工簡便、養護方便的理念。在結構設計上采用技術先進、結構合理、施工條件成熟、經濟、美觀的常規結構，力求標準化、裝配化、工廠化生產，以方便施工、縮短工期、降低造價。

橋梁上部結構采用8—30m裝配式后張預應力混凝土箱梁；橋梁下部結構采用柱式橋臺、柱式橋墩、鉆孔灌注樁基礎。橋梁設計基準期為100年，設計安全等級為二級，小橋、涵洞荷載等級采用公路—Ⅱ級。大、中橋按1／100洪水頻率設計，小橋、涵洞按1／50洪水頻率設計；橋梁、涵洞均與路基同寬。地震動峰值加速度系數為0.10g～0.20g（相當于基本地震烈度七度區）。

2 橋梁抗震設計

根據中華人民共和國國家標準《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306—2001），查得本項目烏什至阿合奇區域地震動峰值加速度為0.10g～0.15g。因此，本項目所有橋梁抗震設防類別按照B類考慮，即橋涵結構物均需進行抗震設計。K103＋660～K174＋488.052段，地震動峰值加速度為0.10g，相當于抗震設防烈度七度區，B類橋梁抗震設防措施按照七度區設防。

2.1 橋孔布設

在設計合理的范圍內，采用中、小跨徑，以減少各個墩、臺承擔的水平地震力。根據結構對稱、剛度均勻對抗震有利的原則，沿線大、中橋采用等跨徑布置，在布孔時盡量使一聯內墩高相近，使上部結構所產生的水平地震力由各墩均勻承擔。

2.2 上部結構

上部結構采用預應力混凝土先簡支后連續空心板（梁）。在空心板預制安裝后，澆筑墩頂濕接頭混凝土，張拉負彎矩區預應力束，完成體系轉換，使橋梁在運營階段屬于連續結構，整體穩定性較好，順橋向梁與梁之間能夠相互約束位移，減少落梁震害。對于簡支梁梁端至墩、臺帽或蓋梁邊緣應有一定距離，其最小值大于等于“50cm＋梁的計算跨徑”；適當加強橋臺胸墻，并在梁與梁之間和梁與橋臺胸墻之間加裝橡膠墊塊，利用橡膠的變形來緩沖橋梁上下部間順橋向及橫橋向的碰撞；對于非結構連續的簡支梁（板），宜采用擋塊、螺栓連接等防止縱橫向落梁的措施。承重結構在偶然狀況下（順橋向地震力作用）按承載力極限狀態設計，避免因上部結構抗彎能力不足導致柱身形成塑性鉸。

2.3 下部結構

在滿足結構計算的前提下，適當增加鋼筋混凝土矩形截面蓋梁尺寸，橫向在橋臺、橋墩蓋梁兩側設置抗震擋塊，防止順橋、橫橋向落梁。適當提高墩柱（樁基）塑性鉸區的配筋率，避免因墩柱的抗彎延性不足，導致墩柱發生脆性破壞。對于樁柱式墩、臺或帶有承臺的樁基應考慮箍筋加密，其范圍為：蓋梁以下2倍柱徑、承臺（樁頂）以上2倍柱徑，墩柱螺旋筋為φ10mm，螺距為8cm；樁基箍筋加密段為承臺（樁頂）以下至一般沖刷線及樁基最大彎矩以下3倍樁徑處，樁基螺旋筋為φ10mm，螺距為10cm。螺旋式箍筋的接頭必須采用焊接，矩形箍筋應有135°彎鉤并深入混凝土核心之內。高度大于7m的柱式橋墩應設置橫系梁。橋臺宜采用整體性強的結構型式。

2.4 減震措施

在梁體與墩臺之間的相對位移滿足規范要求時，采用柔性支承（減、隔震支座）延長結構的自震周期，從而減小結構因地震力引起的內力反應，增加結構的阻尼或利用橋墩的延性消耗地震能量。

3 橋梁的耐久性設計

本項目位于阿克蘇、烏什和阿合奇境內，設計基準期為100年，環境等級為Ⅱ類環境。為了使橋梁在預期作用和預定的維護條件下，能在規定期限內維持其設計性能，根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62—2004）和《公路工程混凝土結構防腐技術規范》（JTG/T B07—1—2006）對橋梁進行耐久性設計。

3.1 上部結構

根據區域內的最大降雨量及蒸發量設置合理的縱、橫向排水坡度，橫向排水的泄水管位置、數量按徑流面積計算確定，泄水管間距控制在4～5m。邊板懸臂必須設置滴水槽，并嚴禁排水管道的出口靠近混凝土結構構件表面。預應力筋的錨固端應有可靠的防銹措施，封端混凝土應具有良好的抗裂性。

為防止橋面剛性防水層在車輛等活荷載作用下，頂板負彎矩區出現“V”形裂縫，水滲入后導致負彎矩區主鋼筋的銹蝕，橋面采用柔性防水層。預應力混凝土上部構件按A類或全預應力構件設計，充分考慮預應力局部效應和彎道徑向力效應以及混凝土收縮徐變和溫度效應等組合因素的綜合作用，使結構的總應力水平處于A類或全預應力狀態，保證承重結構不開裂。對于大中橋箱型結構，在滿足力學計算的同時還應考慮施工和耐久性要求，避免過分強調節省材料，減輕自重，過度追求截面的輕型化，對于構造要求的指標不應只取下限值而導致在成橋運營階段預應力孔道附近開裂等病害發生。

3.2 下部結構

下部結構按《公路工程混凝土結構防腐技術規范》（JTG/T B07—1—2006）中的化學腐蝕環境分類進行設計。根據對沿線土質及水質的試驗分析，對照《公路工程混凝土結構防腐技術規范》（JTG/T B07—1—2006）中化學腐蝕環境分類及作用等級表，根據土壤硫酸根離子的含量，按路段對基礎采取相應的防護措施。

可適當提高結構混凝土標號，控制最大水灰比以及混凝土中最大氯離子、堿含量。對于鹽漬土路段，土壤、水對混凝土和鋼筋具有中、強腐蝕性的橋涵構造物其下部結構采用抗硫酸鹽水泥。按Ⅱ類環境類別適當增加配筋基礎混凝土的保護層厚度。對埋入地面以下的構造物，在其混凝土表面涂抹防腐瀝青層，以阻止和延緩氯離子侵蝕和混凝土碳化深入混凝土內部，抵抗侵蝕環境的腐蝕。

4 結語

橋梁設計者應充分認識橋梁結構抗震性和耐久性不足的原因和后果，掌握橋梁結構抗震性和耐久性設計的基本內容，從而減少或避免橋梁因抗震性和耐久性不足而發生的破壞，以確保橋梁使用者的安全和提高橋梁的使用壽命。

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