關于公路橋梁提高抗震能力的設計思考

洪偉峰

【摘要】近年來，隨著地震災害、事故的頻頻發生，在施工建筑建設中提高工程抗震能力越來越引起人們的重視和關注。做好公路橋梁抗震設計的分析，合理的規劃工程建設的施工方案，有力降低地震對公路橋梁等交通工程的破壞性行為，順利開展震后救援等工作，進而減少地震對人類社會所帶來的損失。本文主要分析了在公路橋梁的工程建設設計中，如何提高施工項目的抗震能力。

【關鍵詞】公路橋梁；抗震能力；設計思考

地震是地球上經常發生的一種自然災害，不僅對人類生活會造成的破壞性和毀滅性的損失，往往會威脅到人們的生命安全和財產安全。我國地理位置處在地震多發區，是遭受地震災害較為嚴重的國家之一，因此，在工程建設過程中，做好抗震等相關方面的設計具有不容忽視的重要作用。特別是零八年汶川地震的發生，對公路橋梁等工程項目的抗震能力提出了更高的要求。公路橋梁的設計是工程建設的重要依據，筆者結合多年來的工作經驗，探討了關于公路橋梁提高抗震能力設計的幾點思考。

一、橋梁的震害原因分析

橋臺震害其主要表現為橋臺與路基一起滑動并移向河心，以致橋頭、重力式橋臺的胸腔及樁柱式橋臺的樁柱不同程度沉降、開裂、傾斜和折斷等另外，橋頭的沉降會導致翼墻損壞并開裂，而重力式橋臺胸腔開裂會引起整個臺體被移動并下沉。橋墩震害在地震力作用下橋墩會不同程度的傾斜、沉降、滑移、開裂、剪斷和鋼筋裸露扭曲。支座震害根據以往工作經驗，會發現某些橋梁的支座設計并未充分考慮抗震的需求，如某些支座形式和材料上存在缺陷、在構造上連接與支擋等構造措施不足等，以致支座在地震力作用下會發生較大的變形和位移。地基與基礎震害在地震力作用下地基中的砂土會被液化，以致地基失效，基礎沉降或不均勻沉降，從而導致地面較大變形，地層發生水平滑移、下層、斷裂等地基與基礎震害會使橋梁發生坍塌，給震后修復工作帶來困難。梁的震害梁的震害主要是有橋臺震害、橋墩震害、支座震害等引起的，其主要表現為主梁墜落，這也是最嚴重的震害現象。

二、提高公路橋梁抗震能力的設計目的

在我國公路橋梁的一般抗震設計中，大家會根據不同地區地震烈度分布分別在伸縮縫處提供足夠的支撐余地和設置抗震擋塊限位裝置，來避免或防止發生橋梁落梁現象的發生，但是山于地震荷載沖擊方向的不確定性，我們思考在設計時采用一種橋梁梁板連續系統來避免落梁的發生。橋梁梁板連續系統是在發生重人、特人地震時，橋梁支座或限位裝置發生變位，使變位不至于超過梁的擱置長度，進而止落梁發生的安全防落梁裝置。這種裝置是基于保險心理的做法，因為重大、特大地震發生的概率極低，在一些小型地震上基本不起作用。公路橋梁的設計基準期與地震荷載超越率有著密切的聯系，當前，國際上的橋梁設計基準期取值并不統一，我國現在公路橋梁的設計規范基準期取為100年。雖然重大、特大地震發生的概率極低，但是為了提高橋梁設計基準期內的抗震能力，在地震多發地區可采用橋梁梁板連續系統來避免落梁的發生。

三、提高公路橋梁抗震能力的設計思考

我國公路橋梁采用橋梁梁板連續系統提高橋梁抗震等級時人多采用拉索式橋梁梁板連續系統，本文就以拉索式橋梁梁板連續系統為例，來研究討論其設計思想和方法。

（1）拉索式橋梁梁板連續系統設計

首先根據拉索容許抗拉力來確定公路橋梁拉索式設計的拉索數量，我們假定某受力而上的拉索平均分擔設計地震荷載沖擊力，然后就可以通過公式來確定。每根拉鎖承受的設計荷載=橋梁梁板連續系統設計地震沖擊最大破壞力/拉鎖數量<拉索設計抗拉力。

（2）橋梁梁板連續系統設計的移動量

公路橋梁的橋梁梁板連續系統的設計最大縱向位移量要在以最大的結構破壞力為限的基礎上小于梁的擱置長度。可以允許的縱向位移量移動范圍可以根據以下公式控制。橡膠支座的允許剪切變形量丟橋梁（使用橡膠支座）橋梁梁板連續系統的設計縱向移動量橫向位移」要由橋梁抗震擋塊控制。

（3）橋梁緩沖裝置的設計

橋梁緩沖裝置中使用的緩沖橡膠材料一般選氯丁橡膠或工程橡膠材料，其硬度和允許壓應力應滿足緩沖地震沖擊力的要求，然后通過公式可以得出橋梁橡膠緩沖裝置的壓應力。 橡膠緩沖應力=橋梁梁板連續系統的設計地震最人破壞力/緩沖裝置橡膠的受壓而積橋梁垂直豎向緩沖可結合橋梁橡膠支座綜合設計。

四、提高公路橋梁抗震能力采用的結構

對于公路橋梁工程的梁板連續系統結構的設計和選用方而也要根據情況不同，選擇不同的橋梁梁板連續結構。

（1）橋梁梁板連續結構類型

目前公路橋梁梁板連續系統的梁間連接類型有以下三種：鋼板連接、拉索式連接、與下部結構連接。他們分別對應于橋水平縱向地震沖擊力作用的梁板連續系統與橋梁垂直豎向地震沖擊力作用的梁板連續系統。這種梁板連續系統的橋軸垂直縱向上的抗震擋塊具有與梁板連續系統同樣的防位移效果，而梁板連續系統的垂直豎向上的擋塊則被用來防止梁體向垂直橋軸方向上移動而導致落梁發生。

（2）橋梁梁板連續系統的選定

對于公路橋梁梁板連續系統的選取方而，如果是橋軸向的梁板連續系統的選取，只要相鄰梁在垂直橋軸的方向有可能產生移動，就優先選擇梁間拉索式的橋梁梁板連續系統。一般梁板連續系統在不能設置梁間連接或梁間相鄰上部結構移動量有很大的差別的情況下，則要選擇梁與下部結構墩柱或橋臺相連接的梁板連續系統，來避免受到因地震沖擊產生的位移差的影響。如果梁與下部結構墩柱或橋臺的連接的梁板連續系統能夠承受橋梁向上的地震沖擊力，就不需要采用其他方法來預防橋梁垂直方向上發生位移，可以與其他類型的梁板連續系統并用。

此外，公路橋梁梁板連續系統的設計還要考慮一些其他相關因素的影響，如對橋臺、橋墩和支撐結構的情況等方而因素。在縱坡上的坡道橋的下端支點和中支點、小角度斜交橋的端支點、平曲線上設超高的曲線橋彎道內側支點、豎曲線上橋最低點的支點以及獨柱墩橋支點上都宜選用垂直橋軸方向的擋塊與上文所述的橋梁梁板連續系統的綜合運用，以提高公路橋梁的抗震能力。

五、橋梁設計與抗震措施

（1）防比落梁的措施

上部結構主梁的支承長度a>70+0.51，該取值沿用自日本抗震設計規范，多數設計者認為規范取值較為保守。這里需指出該種認識屬于誤區，當“長橋高墩”時應在規范基礎上給護更多的安全富余。在設計中應注意“長橋高墩”，不僅要將主梁支承長度取值放大一些，還需要設置主梁限位裝置，同時應設置縱向防落梁構造。當前擋塊設計存在薄弱的問題，主要表現為構造尺寸偏小，在斜彎橋設計中應比直線橋具備更多的考慮。擋塊內側不僅應設置橡膠塊，建議橋墩蓋梁端部懸出擋塊外10cm為宜.

（2）支座型式和布置方式

支座選型長期以來被忽視，常規梁橋多采用普通橡膠支座，建議根據橋梁設防要求，選用適用的支座類型。注川百花大橋第5聯（（5mx20m）采用一個固定支座，其余墩為活動支座，導致全聯上部結構水平地震力幾乎完全由固定支座下的橋墩承擔。對于連續梁橋在設置固定支座后，應慎用墩梁固結方案，注重考慮各墩水平受力的平均分擔。

（3）柱式橋墩的合理設計

柱式墩是橋梁設計中最為常見的結構形式，抗震設計中應首先盡量避免選用抗震性能差的圓形獨柱結構。其次應重視橋墩中間的橫梁設置，橫梁剛度不宜過大。結構剛度的均衡是總的設計原則，一般指縱橋向相鄰高度不宜相差過大，以保證橫橋向墩柱剛度的均衡

六、結語

終上所述，我們可以看出，文章在分析了公路橋梁梁板連續系統的主要目的和作用，通過分析比較，提出我們公路橋梁的梁板連續系統的設計思考和方法。這種橋梁梁板連續系統的設計方法使得橋梁工程梁板連續系統的設置簡單并容易實施。文章中簡要介紹了橋梁梁板連續系統的設計方法與結構類型，簡單分析了不同情況下橋梁梁板連續系統的選用方法，希望能夠為其他研究橋梁的抗震設計方而提供一些參考。此外，我國現在橋梁建筑行業一直在不斷發展，我國公路橋梁的建筑工程師們和專家們也都針對公路橋梁的梁間連續系統進行不斷的、深入的研究，相信在科學技術和公路橋梁施工技術日益不斷發展的情況下，在不久的將來，我們一定能夠加強我國公路橋梁的設計和施工水平，不斷提高公路橋梁的抗震能力。

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