橋梁抗震設計及要點分析

胡志剛　于長久

摘 要：隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的道路橋梁行業(yè)取得了巨大進步。橋梁作為經(jīng)濟發(fā)展的重要載體，其強度和穩(wěn)定性極為重要。近年來，我國部分地區(qū)地震災害頻繁發(fā)生，許多橋梁在地震作用下受到較嚴重的破壞，不僅帶來巨大的財產(chǎn)損失，人民群眾的生命安全也受到了威脅。所以在橋梁建設過程中，需要對橋梁抗震設計的要點進行分析，及時發(fā)現(xiàn)抗震設計中存在的不足之處，強化橋梁的抗震能力。文中從地震對橋梁的破壞原因入手，對橋梁的抗震設計原理及抗震設計進行了分析，并進一步對橋梁抗震設計要點進行了具體的闡述。

關鍵詞：橋梁；抗震設計；設計原理；設計要點

前言

近年來，各種自然災害頻繁發(fā)生，特別是地震發(fā)生后所帶來的破壞，給人們的生命財產(chǎn)帶來了巨大損失，所以做好抗震防災至關重要。在地震災害發(fā)生后，公路橋梁往往會受到較大的破壞，無法在第一時間進行抗震救災。特別是橋梁作為交通的樞紐，其在設計時如果抗震設計達不到規(guī)定的要求，則在地震中抗震能力會較弱，受到的破壞也較大。所以為了確保橋梁具有較好的抗震強度和穩(wěn)定性，則需要在設計時對抗震能力做出較高的要求，并進一步加強對橋梁抗震性能的研究，確保橋梁工程具有良好的抗震能力，能夠承載地震所帶來的災害侵蝕，充分的發(fā)揮其交通樞紐的作用。

1 地震對橋梁的破壞原因分析

1.1 橋臺

往往在地震發(fā)生后，橋臺與路基會發(fā)生滑移的情況，從而導致樁柱式橋臺的樁柱出現(xiàn)傾斜、拆斷和開裂的現(xiàn)象。而一些重力式橋臺，在地震發(fā)生時，往往會出現(xiàn)胸墻開裂及臺體移動等情況，同時橋頭引道也會發(fā)生沉降，施工縫錯開等。

1.2 橋墩

橋墩破壞主要表現(xiàn)為橋墩沉降、傾斜、移位，墩身開裂、剪斷，受壓緣混凝土崩潰，鋼筋裸露屈曲，橋墩與基礎連接處開裂、折斷等。

1.3 支座

由于橋梁支座在設計時對抗震性能考慮不周，因此在地震作用下，支座會出現(xiàn)較大的位移和變形，很多時候極易導致支座錨固螺栓剪斷及支座脫落、破壞等情況發(fā)生，使結(jié)構(gòu)力在傳遞形式上發(fā)生較大的變化，從而使其他結(jié)構(gòu)部位發(fā)生損壞。

1.4 主梁

地震力作用下，橋臺、橋墩等出現(xiàn)傾斜及倒塌等情況，從而導致支座受到不同程度破壞，梁體發(fā)生碰撞，嚴重時會導致主梁發(fā)生墜梁。

1.5 地基與基礎

橋梁在地震力作用下出現(xiàn)倒塌，多數(shù)情況下是由于地基與基礎受到嚴重破壞所導致的，而且這種情況下要想在地震后對橋梁進行修復也存在較大的難度。在地震力作用下，地基砂土會出現(xiàn)液化、基礎沉降及穩(wěn)定性較差等情況發(fā)生，而且地面也會有較大的變形出現(xiàn)，從而導致地層出現(xiàn)不同程度的滑移、下沉等，最終地基受到較大的破壞。

1.6 橋梁結(jié)構(gòu)

當?shù)卣鸢l(fā)生時，橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造及連接會出現(xiàn)不同程度的損壞，而且橋臺臺后填土也會出現(xiàn)較大的位移，這就會導致橋臺出現(xiàn)不同程度的沉降，橋墩會由于受到過大的扭矩而被破壞，從而導致橋梁結(jié)構(gòu)破損。

2 橋梁的抗震設計原理

2.1 靜力法

由于靜力法設計時是將橋梁結(jié)構(gòu)本身動力特性對結(jié)構(gòu)所帶來的影響忽略掉，而將地震加速度看作是橋梁結(jié)構(gòu)受到破壞的唯一因素，這就導致這種設計原理在應用過程中只對絕對剛性的物體才能有效果，具有較大的局限性。

2.2 反應譜法

目前我國的公路及鐵路橋梁均主要采用反應譜方法。反應譜法的思路是對橋梁結(jié)構(gòu)進行動力特性分析（固有頻率，主振型），對各主振動應用譜曲線作某強震記錄的最大地震反應計算，最后一般通過統(tǒng)計理論對各主振型最大反應值進行組合，近似求得結(jié)構(gòu)的整體最大反應值。

2.3 動態(tài)時程分析法

動態(tài)時程分析法是上世紀六十年代以后伴隨有限元法、計算機技術兩方面的發(fā)展而出現(xiàn)的。該法把大型橋梁結(jié)構(gòu)離散成多節(jié)點、多自由度的結(jié)構(gòu)有限元動力計算模型，將地震強迫振動的激振（地震加速度時程）直接輸入，借助計算機逐步積分求解結(jié)構(gòu)反應時程。

3 橋梁的抗震設計

3.1 對常規(guī)的簡支橋梁結(jié)構(gòu)應加強橋面的連續(xù)構(gòu)造，以及需提供足夠的加固寬度以防止主梁發(fā)生位移落梁，另外還應適當?shù)募訉挾张_頂蓋梁及支座的寬度，并增設防止位移的隔擋裝置。對采用橡膠支座而無固定支座的橋跨，應加設防移角鋼或設擋軌，作為支座的抗震設計。

3.2 在地震區(qū)的橋梁結(jié)構(gòu)以采用跨度相等、每聯(lián)連續(xù)跨內(nèi)下部墩身剛度相等為宜。跨度不均，墩身剛度不等極易發(fā)生震害。對各墩高度相差較大的情況可采用調(diào)整墩頂支座尺寸和樁頂設允許墩身位移的套筒來調(diào)整各墩的剛度，以便使剛度盡量保持一致。地震區(qū)橋跨不宜太長，大跨度意味著墩柱承受的軸向力過大，從而降低墩柱的延性力。

3.3 對高烈度區(qū)的橋梁設計應在縱向設置一定的消能裝置，如采用減、隔震支座，以及在梁體和墩臺的連接處增加結(jié)構(gòu)的柔性和阻尼以便共同受力和減小水平橋梁荷載。

3.4 由于拱橋?qū)χё轿灰剖置舾校鴥蛇厴蚺_的非同步激振會引起較大的偽靜力反應，有時甚至會大于慣性力所引起的動力反應，因此要求震區(qū)的拱橋墩臺基礎務必設置于整體巖盤或同一類型的場址以保證震時各支座的同步激振。

3.5 墩柱設計中應盡可能的使用螺旋形箍筋，以便為墩柱提供足夠的約束。另外墩身及基礎的縱向鋼盤伸入蓋梁和承臺應有一定的錨固長度以增強連接點的延性，并且，橋墩基腳處應有足夠的抵抗墩柱彎矩與剪切力的能力，不允許有塑性鉸接。

3.6 采用上部結(jié)構(gòu)和橋墩完全連接的剛構(gòu)體系，并且樁尖穿過可液化層達到堅硬土層上，由于結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù)增大和堅實的樁尖承載能力的保證，減少了由于土壤變形而失效的可能性。

4 橋梁抗震設計要點

4.1 在進行橋梁抗震設計時，需要對結(jié)構(gòu)強度、延性變形、結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性等方面進行多級設防，且都要達到規(guī)定的標準要求，只有這樣才能確保橋梁抗震性能能夠達到預期的效果。

4.2 在進行橋梁抗震設計時，由于一些結(jié)構(gòu)對于地震區(qū)不具有適應性，所以在地震區(qū)內(nèi)這類結(jié)構(gòu)不宜進行修建，因此需要強化對抗震性能的研究，確保所建設的結(jié)構(gòu)能夠更好的適應地震的作用力。另外在進行橋梁抗震設計時，無論是對結(jié)構(gòu)強度的驗算還是變位的驗算都不應被動進行，需要對結(jié)構(gòu)行為能力的設計進行系統(tǒng)考慮，從設計方面更好的提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。

4.3 為了更好的提高橋梁抗震性能，則需要強化對抗震延性的研究。由于在地震作用力下，大量的高架橋都出現(xiàn)了倒塌的現(xiàn)象，所以需要充分的利用約束混凝土的概念，加強對抗震支座及各種形式橋墩的延性研究，從而有效的提高抗震延性，減少橋梁在地震力作用下倒塌事故的發(fā)生。

4.4 在地震區(qū)內(nèi)進行橋梁設計時，需要從地震區(qū)結(jié)構(gòu)抗震設防出發(fā)，針對地裂、邊坡倒塌及沙土液化時所給橋梁結(jié)構(gòu)帶來的影響進行深入的分析，從而采取科學的抗震設防等級，確保橋梁的強度和穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

地震作為自然災害，目前還無法準確的進行提前預測，但我們可以提前采取相應的預防措施，以減少地震所帶來的損失發(fā)生。所以在橋梁設計時，需要充分的考慮到地震對結(jié)構(gòu)所帶來的破壞規(guī)律，針對具體的地質(zhì)環(huán)境條件來制定科學、合理及經(jīng)濟的抗震措施，盡可能的降低地震所帶來的影響。

參考文獻

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