橋梁抗震與抗風(fēng)設(shè)計(jì)的方法探討

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院　重慶　400041)

一、引言

近些年來，隨著中國交通事業(yè)的高速發(fā)展，橋梁建設(shè)的數(shù)目日益增加，對于我們來說無疑是件值得高興的事。但由于對橋梁抗震和抗風(fēng)設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法的實(shí)際掌握缺乏專業(yè)的研究，以至于橋梁受到破壞時(shí)不能及時(shí)提供有效的解決方法。注重對橋梁抗震和抗風(fēng)的深入研究，能夠彌補(bǔ)我國橋梁抗震抗風(fēng)問題的缺失，完善我國橋梁事業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)橋梁建筑體系更完整，更高效的運(yùn)營下去。從而優(yōu)化我國交通基礎(chǔ)設(shè)施的健康發(fā)展。[1]

二、橋梁抗震抗風(fēng)設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀

近些年來隨著橋梁事業(yè)的發(fā)展，與此同時(shí)自然災(zāi)害發(fā)生的次數(shù)也大大增加，給橋梁的發(fā)展帶來了很多的威脅，給中國經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展和人們的生存帶來了很大的風(fēng)險(xiǎn)。注重橋梁的抗震和抗風(fēng)的方法和理論研究對橋梁的發(fā)展顯得日益重要，為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供可靠地保障，更加為我國橋梁事業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力地后盾支持。[2-4]

(一)橋梁抗震的概念理解

所謂的橋梁抗震，就是在地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的地段，運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)手段和地震預(yù)防理念對橋梁進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和建設(shè)，使之受到最小的破壞。在實(shí)際的工程工作中，橋梁設(shè)計(jì)專家根據(jù)上百年來總結(jié)的施工經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)方法對橋梁設(shè)計(jì)和建設(shè)加以更為深層次的研究和總結(jié)，成功的將抗震的理念植入到橋梁設(shè)計(jì)建筑中來，最大限度的發(fā)揮橋梁各個部件的中，提高了橋梁的建設(shè)質(zhì)量，提供了面對自然災(zāi)害時(shí)所需要的技術(shù)支撐，從而促進(jìn)中國橋梁事業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。

(二)橋梁抗震的現(xiàn)狀[4-7]

目前，國內(nèi)外出現(xiàn)的橋梁抗震的方法有兩種：第一就是減震，就是在橋梁的設(shè)計(jì)過程中，通過增加一些先進(jìn)的技術(shù)從而達(dá)到減震的效果。比如說，在橋梁的設(shè)計(jì)和施工中，通過增加橡膠支座來增大地震時(shí)橋梁變形所需要的支座處的位移，從而達(dá)到了抗震的效果，降低了橋梁在地震中受到的破壞。第二就是延展性，說到延展性，我們自然而言的就想到了這是鋼筋所具有的性質(zhì)，通過在橋梁的特殊部位增加鋼筋，從而減小了地震破壞時(shí)的影響，從而保護(hù)了橋梁。

(三)橋梁抗風(fēng)的概念理解

所謂的橋梁抗風(fēng)，就是指在橋梁的設(shè)計(jì)和建設(shè)中通過綜合考慮在大風(fēng)情況下，橋梁所能發(fā)生的各種破壞，使橋梁的結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)等問題所采取的另一種技術(shù)手段。提高橋梁的抗風(fēng)性也是考慮橋梁穩(wěn)定性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

(四)橋梁抗風(fēng)的現(xiàn)狀[7-10]

在橋梁的建設(shè)中，除了橋梁的抗震影響剩下的就要是橋梁的抗風(fēng)作用了，由于當(dāng)風(fēng)力過大時(shí)，就會造成行駛中的汽車和橋梁產(chǎn)生傾斜，從而失去平衡。雖然說這種傾斜我們是無法用肉眼觀察的，但是對于車輛和橋梁來說危害是相當(dāng)大的。隨著我國橋梁數(shù)目的不斷增加，橋梁的跨徑也隨之增大，橋梁設(shè)計(jì)師和建設(shè)單位慢慢考慮的考慮橋梁的顫振性這一個重要的因素，從而避免了橋梁在大風(fēng)的作用等自然狀況下產(chǎn)生了比較大的橫向的位移，從而加大了橋梁的抗風(fēng)的能力，促進(jìn)了橋梁體系的完善，提升了橋梁的防風(fēng)和抗壓能力。

三、橋梁抗震抗風(fēng)設(shè)計(jì)方法

(一)橋梁的抗震設(shè)計(jì)

根據(jù)我國的橋梁主要遭受的破壞是由于地震引起的情況來看，大多數(shù)是由于地震造成的，地震造成地面的不均勻的塌陷，從而對橋梁的結(jié)構(gòu)造成了實(shí)質(zhì)性的破壞，或者是由于橋梁結(jié)構(gòu)在地震中所受的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其承載能力，從而造成了橋梁的斷面破壞。雖然這是我們所不能控制的，但是我們在自然災(zāi)害面前顯得無能為力，我們可以用先進(jìn)的技術(shù)手段來彌補(bǔ)先天的不足，可以通過轉(zhuǎn)變橋梁的建設(shè)方式，運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)提升橋梁的質(zhì)量，從而保障橋梁的穩(wěn)定性，把地震危害降到最低。在這種情況下注重運(yùn)用彈力調(diào)節(jié)來提高橋梁的抗震能力是十分有必要的。首先我們應(yīng)該保證橋梁的建設(shè)應(yīng)該避免建設(shè)在地震多發(fā)的地段，其次研究人員通過長期對橋梁彈性理論的研究發(fā)現(xiàn)，對于橋梁的特定的部位充分挖掘其彈性性能對抗震來說有很大的意義。例如，研究人員在具體的橋梁抗震設(shè)計(jì)中采用了減隔震這種先進(jìn)的技術(shù)，這種技術(shù)具有簡便、經(jīng)濟(jì)與先進(jìn)的特點(diǎn)。通過這種先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，在橋梁中安裝了減震構(gòu)建與裝置，從而能夠更好的在地質(zhì)發(fā)生的時(shí)候，通過產(chǎn)生阻尼的方式來消耗地震災(zāi)害傳入橋梁中的能量，從而減少了橋梁在地震的作用下產(chǎn)生的相當(dāng)大的破壞作用。在這種設(shè)計(jì)中，滯回阻尼裝置發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，減少了能量的消耗，從而保護(hù)了橋梁。

(二)橋梁抗震設(shè)計(jì)的主要原則

在我國建設(shè)橋梁建設(shè)的歷史中，我們會總結(jié)出很多橋梁抗震的經(jīng)驗(yàn)。橋梁的抗震能力逐步提高，應(yīng)該和橋梁建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況相結(jié)合，從而增強(qiáng)橋梁的抗震能力。在橋梁的設(shè)計(jì)建設(shè)中，我們應(yīng)該因地制宜，多從實(shí)際情況出發(fā)，選擇切實(shí)可行的抗震形式，嚴(yán)謹(jǐn)避免多種抗震形式的疊加應(yīng)用，從而造成材料的浪費(fèi)和抗震效果的降低，其次應(yīng)該充分考慮橋梁在地震破壞后能夠修復(fù)的價(jià)值，提高橋梁的抗震能力。

(三)橋梁的抗風(fēng)設(shè)計(jì)[11-13]

大風(fēng)的襲擊也是造成當(dāng)前橋梁建設(shè)結(jié)構(gòu)破壞的常見的形式之一，其中顫振是造成橋梁的橋面破壞的主要的因素。其次還有馳振、抖振、渦振和拉索風(fēng)振等幾種形態(tài)。其中顫振會對橋梁的主梁造成破壞，馳振主要影響的是橋梁拉索，抖振影響的是橋梁的可靠性，渦振和拉索風(fēng)振主要影響的是橋梁的橋塔。只有真正掌握了橋梁的破壞形式，才能有效的解決橋梁由于風(fēng)力過大造成的破壞問題。在橋梁的設(shè)計(jì)和建設(shè)中應(yīng)當(dāng)注重對橋面所面對的風(fēng)向進(jìn)行仔細(xì)的考慮，在橋梁設(shè)計(jì)中，加強(qiáng)對橋梁的護(hù)欄設(shè)計(jì)和橋塔的合理設(shè)計(jì)對抗風(fēng)也是很重要的，讓橋塔通過多種形式的轉(zhuǎn)變，對所受的大風(fēng)產(chǎn)生抗風(fēng)和減小風(fēng)力的作用，從而穩(wěn)固了橋梁的主體結(jié)構(gòu)，保證橋梁的穩(wěn)定性，從而避免了橋梁的橫向位移和減少了橋面坍塌的危險(xiǎn)。在設(shè)計(jì)的過程中，把塔索和橋面所形成的形狀設(shè)計(jì)成三角形，運(yùn)用了三角形具有穩(wěn)定性的原理，從而加強(qiáng)了橋梁的穩(wěn)定性，提高了橋梁的抗風(fēng)能力。

(四)橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)的主要原則

對于橋梁的抗風(fēng)能力，首先我們應(yīng)該注重橋梁建筑結(jié)構(gòu)的安全性，保證橋梁的質(zhì)量，增強(qiáng)橋梁的整體性，在設(shè)計(jì)和建設(shè)中，一方面我們要滿足橋梁的美觀性，橋梁的建設(shè)要與周圍的環(huán)境相適應(yīng)并且同時(shí)滿足橋梁本身的實(shí)用性；另一方面同時(shí)也是我們最容易忽視的地方就是加強(qiáng)對已經(jīng)建成的橋梁進(jìn)行維修和加固，提高橋梁的抗風(fēng)能力，增強(qiáng)橋梁的整體性和穩(wěn)定性。

四、橋梁抗震抗風(fēng)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展趨勢

(一)橋梁抗震技術(shù)的發(fā)展趨勢[13-17]

在以往的橋梁的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員最關(guān)心的問題就是橋梁的承載能力以及橋梁的承載強(qiáng)度。一般情況下，只要滿足了以上兩個要求就可以提高橋梁的抗震能力；但是在另一個方面考慮，橋梁的強(qiáng)度是提高了，但是并不意味著橋梁的抗震性能的提高。所以在橋梁的抗震設(shè)計(jì)上還需要考慮橋梁的位移延性、減震耗能的設(shè)計(jì)以及橋梁具體結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)。所以在未來的發(fā)展中要不斷提高這三方面的要求，對于減震耗能這一方面，有關(guān)的設(shè)計(jì)人員應(yīng)該在節(jié)省建筑材料的同時(shí)，也要保證橋梁的減震抗震性能，降低能耗。對于結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，在未來的設(shè)計(jì)中，要不斷滿足橋梁設(shè)計(jì)的精度要求，充分和國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行接軌，提供更加詳細(xì)的滿足建筑設(shè)計(jì)和定量的詳細(xì)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

(二)橋梁抗風(fēng)技術(shù)的發(fā)展趨勢

在未來橋梁的抗風(fēng)設(shè)計(jì)中，充分考慮橋位所在的區(qū)域可能出現(xiàn)的最大風(fēng)力，避免橋梁在風(fēng)力影響下產(chǎn)生自激發(fā)散震動。對于柔性大跨度橋梁，我們應(yīng)該增加橋梁的剛度來滿足抗風(fēng)要求。增加結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，同時(shí)也要降低橋梁結(jié)構(gòu)固有的頻率。隨著未來我國橋梁數(shù)目和形式的不斷增加，這就對橋梁的抗風(fēng)設(shè)計(jì)產(chǎn)生了很大的要求。這就要求橋梁的設(shè)計(jì)人員不斷創(chuàng)新，不斷探索適合橋梁的抗風(fēng)的新技術(shù)，才能夠使用未來橋梁建筑設(shè)計(jì)的更高要求。

五、結(jié)論

通過對橋梁抗震設(shè)計(jì)方法和橋梁的抗風(fēng)設(shè)計(jì)理論的研究，能夠?yàn)闉槲覈鴺蛄航ㄖO(shè)計(jì)通過強(qiáng)有力的理論支撐。橋梁作為我國交通事業(yè)發(fā)展的重要組成部分，加強(qiáng)橋梁抗震抗風(fēng)設(shè)計(jì)的能力，有利于促進(jìn)我國建筑事業(yè)的積極健康發(fā)展，完善橋梁設(shè)計(jì)的不足，從而提升了橋梁的建筑質(zhì)量，為促進(jìn)我國交通運(yùn)輸事業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供了強(qiáng)有力的理論指導(dǎo)。[17-20]