簡析橋梁震害成因與抗震設(shè)計(jì)

池旭海

【摘要】橋梁設(shè)計(jì)時(shí)需保證其可靠安全性，防止橋梁受到地震的影響而遭到破壞，出現(xiàn)嚴(yán)重破壞。所以，在地震多發(fā)區(qū)域架設(shè)橋梁時(shí)，須保證其具備一定的抗震性。力求保證橋梁在經(jīng)歷地震之后，還能保持其基本功能，盡量減少地震所帶來的危害，以便日后修復(fù)。本文主要對橋梁結(jié)構(gòu)震害成因與抗震設(shè)計(jì)措施進(jìn)行分析研究。

【關(guān)鍵詞】橋梁工程；結(jié)構(gòu)；抗震；設(shè)計(jì)

1、橋梁震害分析

根據(jù)大量研究與調(diào)查我國震例以及橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能可發(fā)現(xiàn)，我國橋梁震害主要有如下幾種：

（1）地基基礎(chǔ)破壞。導(dǎo)致地基破壞原因通常是因?yàn)榉€(wěn)定性差、不均勻沉降等，而這都有可能會導(dǎo)致出現(xiàn)地層下沉、斷裂以及水平滑移等現(xiàn)象進(jìn)而對結(jié)構(gòu)物造成破壞。地基破壞以及基礎(chǔ)破壞息息相關(guān)，如若地震影響到結(jié)構(gòu)周圍地基，則會降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，極易導(dǎo)致基礎(chǔ)滑移或沉降情況發(fā)生，還可能致使傾斜或是剪斷等情況出現(xiàn)，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致墩臺折斷、傾斜或是倒塌。

（2）橋臺沉陷。地震出現(xiàn)時(shí)，如無完全固結(jié)橋臺及其后填土，則縱向壓力及被動土壓力會變大，并逐步由橋臺移動至橋跨方向。

（3）墩柱破壞。該現(xiàn)象往往是因?yàn)閺澢鷱?qiáng)度小、剪切強(qiáng)度小以及彎曲延性差等原因?qū)е?，而其往往會引發(fā)連鎖反應(yīng)。

（4）支座破壞。受到地震作用力影響，支座錨固螺栓可能會出現(xiàn)剪斷、拔出等情況，從而改變了結(jié)構(gòu)力傳遞方式。

2、地震對橋梁的破壞性分析

地震所引起的地面振動是一種復(fù)雜的運(yùn)動，它是由縱波和橫波共同作用的結(jié)果。在震中區(qū)，縱波使地面上下顛動，橫波使地面水平晃動。地震是自然界中一種突發(fā)性的嚴(yán)重災(zāi)害，具有典型的偶然性和短暫性。

（1）場地和地基的破壞作用

當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，首先是場地和地基破壞，從而產(chǎn)生橋梁破損并引起其他災(zāi)害。地震發(fā)生后，橋梁的破壞形式一般表現(xiàn)為：橋臺錐體、墩周鋪?zhàn)o(hù)開裂，甚至滑移；墩臺身位移，支座錨栓剪斷，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生落梁現(xiàn)象；砂土液化，橋墩下沉；墩臺身開裂，嚴(yán)重時(shí)橋梁倒塌。

（2）場地的振動作用

場地的振動作用是指由于強(qiáng)烈的地面運(yùn)動引起橋梁的振動而產(chǎn)生的破壞作用。強(qiáng)烈的地面振動是引起橋梁破壞的最普遍和最主要的原因，同時(shí)也是引發(fā)其他地震破壞如地基失效、滑坡和坍塌等的外部條件。

3、橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的現(xiàn)代社會，人口密集，地震災(zāi)害的出現(xiàn)不僅帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還嚴(yán)重威脅著人們的生命安全。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及綜合實(shí)力的大幅度提高，在目前橋梁建設(shè)與規(guī)劃過程中，對橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能越來越為重視。在不斷提升的理論分析與實(shí)踐積累過程中，為了提升橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能，降低地震造成的損失，不斷了對抗震設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行了修訂與完善，以此規(guī)范橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，全面提升我國橋梁抗震能力，從而實(shí)現(xiàn)橋梁更高的社會價(jià)值與綜合效益，為我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展奠定牢固的基礎(chǔ)。

3.1對橋梁形狀進(jìn)行合理設(shè)計(jì)

直線形的橋梁形狀是較為科學(xué)的形狀，并且還需保證各橋墩柱高度相同，從而可以切實(shí)維護(hù)橋梁的穩(wěn)定性和牢固性。不僅如此，一般斜橋或彎橋其結(jié)構(gòu)形狀是彎曲的，所以一旦發(fā)生地震地質(zhì)災(zāi)害，則極易產(chǎn)生變形，加上情況較為復(fù)雜，大大增加修復(fù)橋體困難。并且，因?yàn)椴皇侵本€形橋，其橋墩柱高度都有所不同，這就導(dǎo)致其受力均衡受到影響，如若出現(xiàn)不平衡受力情況，則會對橋墩柱的牢固度造成影響。

3.2整體科學(xué)布局

一個良好的整體結(jié)構(gòu)有助于橋梁獲取較理想抗震性能，為此筆者建議設(shè)計(jì)單位應(yīng)當(dāng)做好整體科學(xué)布局。

（1）上部結(jié)構(gòu)應(yīng)采取連續(xù)性整體結(jié)構(gòu)，無條件時(shí)應(yīng)加強(qiáng)橫向聯(lián)系。

（2）科學(xué)的設(shè)置橋梁跨度，避免出現(xiàn)不合理的橋跨組合。同時(shí)為了讓橋梁在強(qiáng)震作用下能夠使得各橋墩柱合理承受震動災(zāi)害力，設(shè)計(jì)人員應(yīng)在各墩柱部位采取彈性支座，保證它們強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

（3）橋梁基礎(chǔ)推薦選用樁基礎(chǔ)，經(jīng)計(jì)算滿足摩擦樁或端承樁的承載力要求，考慮地震作用，達(dá)到配筋要求。

（4）在地震頻發(fā)區(qū)域橋梁設(shè)計(jì)中還需重點(diǎn)考慮落梁問題，對此在其設(shè)計(jì)上設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)在方案中選擇適宜的落梁控制結(jié)構(gòu)。

3.3現(xiàn)階段比較流行的抗震設(shè)計(jì)

（1）抗震支座（圖1）

抗震支座是目前使用最多的一種抗震方法。該方法能有效提高橋梁柔性和阻尼，進(jìn)而減輕地震對橋梁的作用力。主要工作原理是：使用抗震支座與墩、臺接觸面，來提高結(jié)構(gòu)的柔性及阻尼。目前通過大量工程實(shí)踐得出，該方法效果較好，且性能比較穩(wěn)定，可以長期作為橋梁抗震方案的選擇。此種方法可以有效降低水平地震力對于橋梁的作用，徹底減輕地震對橋梁的傷害，保證橋梁安全運(yùn)行。同時(shí)亦采用抗震支座和阻尼器結(jié)合來提高抗震性。兩者可以結(jié)合在一起，共同提高橋梁的抗震性能。

（2）抗震錨栓（圖2）

抗震錨栓是一種增強(qiáng)梁體與墩臺結(jié)構(gòu)聯(lián)系的結(jié)構(gòu)，通常由簡單的鋼筋或復(fù)雜的型鋼組合來實(shí)現(xiàn)。其抗震的效果雖不如抗震支座，但工藝較簡單，工程經(jīng)濟(jì)性較好，采用較為廣泛。

（3）防落梁設(shè)施（圖3）

防落梁措施是一種比較寬泛的說法，其表現(xiàn)形式跟抗震錨栓類似，一般實(shí)現(xiàn)形式為鋼結(jié)構(gòu)防落梁擋塊或混凝土擋塊來實(shí)現(xiàn)，工程經(jīng)濟(jì)較好，采用較為廣泛。

結(jié)語：

地震力是一種復(fù)雜的作用力，設(shè)計(jì)過程中往往采用多種措施綜合使用才能收到較好的效果，這點(diǎn)在橋梁設(shè)計(jì)中尤其重要。因此我們在橋梁設(shè)計(jì)過程中更要認(rèn)真分析結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)和特性，設(shè)計(jì)有效的抗震措施以達(dá)到結(jié)構(gòu)的防震和抗震效果，以便提高和完善橋梁結(jié)構(gòu)物的抗震性能，這對交通運(yùn)輸行業(yè)的經(jīng)濟(jì)性和社會效應(yīng)性同樣有益。

參考文獻(xiàn)：

[1]《公路工程抗震規(guī)范》JTGB02-2013

[2]《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》JTG/TB02-01-2008