淺析公路橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的要點

安慧+閆菡

摘 要：本文主要圍繞地震對公路橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的危害，重點分析了公路橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計原則分析、設(shè)計方法分析以及公路橋梁的抗震設(shè)計，以期能為相關(guān)需要提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：公路橋梁結(jié)構(gòu)；設(shè)計原則；抗震設(shè)計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.096

近年來，隨著我國社會的快速發(fā)展，人們?nèi)找嬖鲩L的生活需求使公路建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，公路作為交通運(yùn)輸業(yè)的基礎(chǔ)保障，不僅給人們的出行帶來了便利，而且使地區(qū)之間的經(jīng)濟(jì)交流得到促進(jìn)，進(jìn)一步推動我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，意義重大。在公路建設(shè)中，抗震災(zāi)害造成的影響是必須考慮的問題，主要原因在于我國屬于地震多發(fā)國家。在公路橋梁施工中，由于該結(jié)構(gòu)存在一定的跨度，在地震發(fā)生過程中容易受到破壞，所以對公路橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)合理的抗震設(shè)計，能夠使人民的人身和財產(chǎn)安全得到保護(hù)。

1 地震對公路橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的危害

地震的發(fā)生主要是由于較大的應(yīng)力作用而造成地球內(nèi)部介質(zhì)發(fā)生急劇破裂，在破裂過程中會有地震波產(chǎn)生，以破裂位置為震源擴(kuò)散至一定范圍內(nèi)，從而造成地面震動的現(xiàn)象。地震波一般分為兩種，一種是橫波，另一種是縱波，能夠造成地面建筑水平晃動的被稱為橫波，地表建筑上下顛簸的被稱為縱波。當(dāng)出現(xiàn)較大強(qiáng)度的地震時，會造成建筑出現(xiàn)嚴(yán)重變形，在建筑缺乏一定強(qiáng)度或者局部出現(xiàn)失穩(wěn)的情況下會對整體建筑結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的破壞。

（1）支座破壞。在橋梁結(jié)構(gòu)中，上部主梁緊密連接著支座。當(dāng)發(fā)生地震時，如果防震措施不到位，變形和位移現(xiàn)象會在支座中出現(xiàn)，當(dāng)變形情況超出支座上限時，會剪斷支座錨固螺栓，進(jìn)而破壞支座結(jié)構(gòu)。（2）上部結(jié)構(gòu)地震破壞。一旦發(fā)生地震時，主梁等橋梁上部結(jié)構(gòu)會因地震作用而出現(xiàn)一定程度的晃動，當(dāng)碰撞到相鄰的主梁時，會出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p害。另外如果出現(xiàn)較大的變形，有自身損傷或移位損傷出現(xiàn)，同樣會造成主梁墜落。（3）下部結(jié)構(gòu)破壞。所謂的下部結(jié)構(gòu)的破壞，一般是指破壞橋梁結(jié)構(gòu)的橋臺和橋墩。橋臺和基礎(chǔ)在地震作用下一般會有滑移產(chǎn)生，進(jìn)而造成開裂、傾斜甚至折斷現(xiàn)象在橋臺和橋墩與基礎(chǔ)連接處出現(xiàn)。（4）地基土地震液化。地基砂土受到地震作用以后，可能會出現(xiàn)液化情況，進(jìn)而降低地基承載力，導(dǎo)致地基沉降和滑移現(xiàn)象的出現(xiàn)，對地基造成一定的破壞。在橋梁結(jié)構(gòu)中，地基是受力的基礎(chǔ)，一旦破壞了基礎(chǔ)，上部結(jié)構(gòu)等同于缺少了支撐，進(jìn)而會出現(xiàn)落梁現(xiàn)象。

2 路橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計原則分析

在我國公路橋梁施工中，國家出臺的《公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則》早已成為公路橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的主要標(biāo)準(zhǔn)。其中，該細(xì)則規(guī)定設(shè)計采用二階段，即：A類橋梁采用彈性抗震設(shè)計方法，需要遵循中震不壞，大震可修原則；B類和C類橋梁采用延性抗震設(shè)計方法，切實遵循小震不壞，中震可修，大震不倒的原則。通過該細(xì)則能夠看出，公路橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的要點一般為公路橋梁選址、結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的強(qiáng)度和延性要求和結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性要求三個方面。

（1）公路橋梁選址。在設(shè)計公路橋梁結(jié)構(gòu)以前，首先需要認(rèn)真勘察施工現(xiàn)場地質(zhì)條件，對施工位置進(jìn)行合適的選擇。需要根據(jù)實際情況分別設(shè)計不一樣的設(shè)防等級及抗震設(shè)防裂度。

（2）結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的強(qiáng)度和延性。當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)受到一定破壞時，大部分原因是強(qiáng)度的破壞，所以結(jié)構(gòu)或構(gòu)件需要滿足強(qiáng)度要求。這種情況下需要我們在設(shè)計過程中，根據(jù)相關(guān)要求計算受力情況，統(tǒng)計荷載數(shù)據(jù)，確保所選擇的構(gòu)件具有足夠的強(qiáng)度。

（3）結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。當(dāng)?shù)卣鹌茐臉蛄航Y(jié)構(gòu)時，某些時候并非缺乏強(qiáng)度，主要是由于結(jié)構(gòu)缺乏整體的穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致失穩(wěn)破壞的出現(xiàn)。由于在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要確保結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性良好。在布置結(jié)構(gòu)時，確保在平面和立面中結(jié)構(gòu)的剛度、質(zhì)量和幾何尺寸能夠分布均勻，并且有效連接形成整體。在布置橋孔時盡量實現(xiàn)等跨布置。

3 公路橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法分析

公路橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計主要有時程分析法、反應(yīng)譜法和靜力法三種方法。在施工過程中，需要結(jié)合實際情況選擇合適的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。

（1）時程分析法。該方法主要是進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震分析時將有限元分析計算與計算機(jī)編程相結(jié)合。時程分析法在應(yīng)用時首先需要將橋梁結(jié)構(gòu)通過有限元軟件離散成多自由度和多節(jié)點的有限元計算模型，隨后將地震加速度時程導(dǎo)入其中，將結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)時程通過有限元軟件進(jìn)行分析計算得出。（2）反應(yīng)譜法。在我國目前在公路、鐵路及橋梁抗震設(shè)計中，反應(yīng)譜法應(yīng)用最為普遍。反應(yīng)譜法首先需要認(rèn)真分析橋梁結(jié)構(gòu)自身的動力特性，隨后將應(yīng)用譜曲線對于不同的主振型記錄下某一強(qiáng)震下的最大地震反應(yīng)值，最后對不同主振型的最大地震反應(yīng)值進(jìn)行最不利組合，從而確定橋梁結(jié)構(gòu)的最大地震反應(yīng)值。在抗震設(shè)計過程中，反應(yīng)譜法的應(yīng)用能夠確保結(jié)構(gòu)具有較高的安全儲備和安全的設(shè)計施工方案。（3）靜力法。靜力法設(shè)計一般不會對橋梁結(jié)構(gòu)本身的動力特性影響進(jìn)行考慮，認(rèn)為橋梁結(jié)構(gòu)地震破壞的唯一因素就是地震加速度。在設(shè)計過程中，只考慮構(gòu)件組件的結(jié)構(gòu)靜力分析，將其作為絕對剛性的物體。

4 公路橋梁的抗震設(shè)計

（1）橋梁緩沖裝置的設(shè)計 。在該裝置設(shè)計過程中，一般將工程橡膠或氯丁橡膠材料作為緩沖橡膠材料，其允許壓應(yīng)力和硬度需要達(dá)到緩沖地震沖擊力的要求，隨后橋梁橡膠緩沖裝置的壓應(yīng)力通過公式計算出來。另外，可以結(jié)合橋梁橡膠支座綜合設(shè)計橋梁垂直豎向緩沖。

（2）橋梁減、隔震設(shè)計。想要使橋梁抗震能力得到提高，需要對橋梁進(jìn)行減震和隔震設(shè)計。該設(shè)計不但簡便先進(jìn)，而且具有一定經(jīng)濟(jì)性。減隔震支座的設(shè)計裝置能夠?qū)崿F(xiàn)較少的結(jié)構(gòu)能量消耗，另外使結(jié)構(gòu)的振型周期得到增加，使地震時的震波頻率得到降低，建設(shè)方案的選取與自我復(fù)位能力進(jìn)行有效結(jié)合，使相應(yīng)的建造參數(shù)得到建立，從而使結(jié)構(gòu)地震的反應(yīng)程度得到有效降低，使橋梁建筑損失程度得到最大程度的減少。

5 結(jié)束語

總之，現(xiàn)如今仍無法準(zhǔn)確預(yù)測地震災(zāi)害，假如有地震災(zāi)害發(fā)生，不但會有大量人員傷亡發(fā)生，而且造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，所以，需要在公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計時將結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計切實做好。在設(shè)計橋梁結(jié)構(gòu)抗震時要根據(jù)規(guī)范要求完成，防止發(fā)生地震時橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞坍塌。

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