淺談公路橋梁結構抗震設計

胡宗相

淺談公路橋梁結構抗震設計

胡宗相

橋梁結構的設計保證了應該滿足其可靠性和安全性的要求，橋梁結構必須是安全的和完整的，防止因地震的影響而破壞橋梁，發生嚴重的情況引起安全事故。因此，在地震的多發地帶進行假設橋梁時，一定要保證橋梁的抗震性能。可能發生地震情況的地區，一定要詳細地進行分析，盡量保證在發生地震后，還能繼續保持能安全地進行通行，或能夠盡量減少地震災害造成的損失，為了以后維護方便。

一、工程概況

舉一個在震斷裂上的工程作為例子，當地是高等級的抗震，在橋梁設計過程中必須嚴格計算和設計抗震性能。該項目的橋梁結構涉及橋梁的各個方面，并且橋梁跨度較大，墩型的剛性也有很大的差別，所以，在設計橋梁的結構時，必須要針對地震進行相關計算，計算時的設計依據應該是能夠發生的最壞的情況。這里的橋梁設計的工作主要有橋梁結構的計算、抗震的計算，結構設計和抗震措施進行選擇。

二、計算結構的選取

1.計算方法

這個工程抗震的設計是以《公路橋梁抗震設計細則》6.3條及其條文方法為依據的。方法中主要是針對于橋梁結構的水平順橋向和橫橋向布置的具體方法進行具體分析，此橋上部分設計為連續結構，采用固定盆式的中間橋墩，其余的橋墩柱就選擇單向或者雙向盆式支座。這樣的話，當發生地震，固定支座承擔順橋向的地震力，各個墩柱同時承擔橫橋向的地震力。

2.橋址地震參數

此橋梁結構設計的主要數據：8度的抗震設防的裂縫，具有0.43的地震抗震系數在地作用下，設計0.20g的基本地震加速度、建設現場類別III類，地震反應譜的特征周期為0.55s，在區劃圖上有0.40s的特征周期，場地系數為1.2。

3.結構選取

整體橋梁的抗震結構的計算單位，一般情況下用伸縮縫來作為分割部門，用這種方法，將橋梁分為若干個單元。大型的橋梁一般可以分為數百個單元，但在抗震的實際計算中，不需要所有的單元均進行抗震性分析，所以，可依據設計的要求，選擇該地區幾段可以代表整體的狀況的區域就行。下表顯示了本座橋梁設計的抗震性能的控制單元。

抗震設計的主要控制計算單元

在劃分單元時，橋的寬度、長度、最大跨度、橋墩高度等應該是主要考慮因素。主要是因為涉及橋梁的抗震時，這些因素都會影響到該橋的整體抗震性，同時，在諸多方面影響橋梁。在實際的設計過程中計算時，為使計算過程更加簡單，一般會重點分析一個對橋梁影響最大的因素，然后確定橋梁支墩具體的尺寸，并在此基礎上，與其他的因素相結合，最終定下橋墩的橫向截面的尺寸。為了確保橋梁墩柱達到與橋梁協調的比例，該橋以橋寬為基本的數據。當橋寬度一定時，最大延長控制將會決定順橋向的最大地震力，橫向影響最大是靠最大的跨度決定。

三、結構抗震設計

對單柱墩為對象的結構抗震性能的研究，進行參數計算時采用反應譜法計算公式的方法。第一，通過相關計算得出支座頂部受到的順橋向的作用力，而且會得出橋梁上部所受的橫橋向作用的地震力。然后，計算出受到地震的作用使橋梁與基礎頂面發生的的水平移位。通過一系列相關的計算得到，順向和橫向對地震的影響和永久效果相結合，依據計算的數據能夠得出結論，橋梁受壓部件滿足橋梁強度的規定，此時此刻就可以進行橋梁墩柱的縱筋設計了。

四、樁基礎和墩柱設計

對潛在的塑性鉸區單柱墩底部，根據地震作用情況下墩柱的配筋可以計算得出。同時，根據橋的順向與橫向彎曲極限值計算，至關重要的因素是材料強度、最不利的軸向力和超強系數。彎曲極限值與剪力、軸力值的組合，就能得到0樁徑最佳組合，樁此時應保持彈性的狀態，與此同時，根據樁的荷載設計規范計算具體的彈性狀態，保證承受力在樁的承受范圍內。

在設計樁的基礎過程中，太多的因素需要考慮，彎曲極限值是重中之重，因為它能決定樁基礎配筋的數量與形式，還可以根據相應的剪力值得到墩的高；設計計算軸力值時，通常需要綜合橋寬、跨數、跨徑等。此設計選用最簡單的形式進行計算，采用關鍵性因素假設的方法進行計算，然后得出最合適橋梁結構。樁基礎設計，最重要的部分是豎向承載力的相關計算，通過計算得到樁徑和組合：橋寬度13m和17m，3樁樁基礎或選用以上的群樁施工；當橋梁寬度9.5m和8m，雙樁結構為樁基礎。計算結束后，再重點檢查橋梁的使用軸力與剪力值，確保強度滿足要求。

五、抗震設計要點

1.震的要求；如果橋墩設計截面較大，會出現過度承載的現象，從而導致整體的橋梁基礎構件尺寸太大；

2.在固定支座墩的選擇上，通常不要選擇矮矮的墩結構，因為短墩具有很好的剛性，會對橋梁的整體抗震性能產生負面的影響；

3.邊梁兩端與橋柱間應該留有足夠的縫隙，防止在地震發生的時候發生落梁的情況；

4.橋墩的上部結構通常會放置很多鋼筋為混結構限位塊，防止在地震產生的情況下發生橫線位移的情況；

5.在橋臺背墻和梁段間加膠塊，能夠很好地緩沖水平方向的地震力。

該橋的建設中使用的是抗震盆式橡膠支座，可提高抗震性，進行計算墩頂尺寸時候，一定要做到支座的尺寸要低于墩頂尺寸。

六、提高結構抗震性能的方法

對于橋梁抗震的設計應體現于橋梁設計的全過程，一旦確定下來橋梁的設計方案，就要將重點放在如何實現抗震性能上，通過計算和驗算得到最佳的設計方案。

1.隔震支座法

目前使用最多的抗震方法就是隔震支座法。此方法能很大程度上提高橋梁的彈性與阻力，從而減少地震對橋梁的地震力。具體的實現方法是：利用隔震支座和墩、臺接觸面，設計或新材料的使用，來提高橋梁結構的彈性和阻力。大量實驗表明，這種方法是有效的，而且性能較穩定，可以作為一個長期的橋梁減震方案的選擇。這種方法可以有效地減少水平地震力對橋梁的影響，完全減輕地震對橋梁的破壞，保證橋梁能夠安全運行。

2.通過隔震支座和阻尼器結合來提高抗震性

隔震支座具有極好的抗震性，除了增加隔震支座，也可以采用提高阻尼的方法來提高橋梁的抗震性，兩者可以有效地進行結合，共同作用提高橋梁抗震性。隔震支座與阻尼器可以確保橋在地震的影響下變形，很好地吸收地震產生的能量，將地震對橋梁的損傷降到最小，從而徹底地提高橋梁抗震性能。

七、結語

設計橋梁的過程中，為確保結構完整，一定要把重點放在橋的可靠性、安全性和功能的考慮上。本文章用某大橋為例，通過對橋梁的抗震性能嚴格的計算和驗算，得到的結構形式有最好的抗震性，能夠預先預測到在地震發生時產生的最壞的情況，在結構的設計、抗震的計算機結構的選擇上深入地進行分析研究設計，大量試驗過后，總結出了可行的實際的橋梁抗震的一些具體措施，確保地震后橋梁不會受損。

（作者單位：濮陽市公路管理局）