市政橋梁設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)

文/魏汝海 中邦山水規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司 吉林長春 130062

隨著現(xiàn)代建筑業(yè)的發(fā)展，尤其是建筑科技水平的提高，對(duì)市政橋梁工程建設(shè)的安全提出了全新要求。換句話說，只有確保市政橋梁工程的高質(zhì)量性，才能有效應(yīng)對(duì)極端自然災(zāi)害，如地震、泥石流、洪水等。而為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，首當(dāng)其沖的就是要做好橋梁工程的抗震設(shè)計(jì)。但就現(xiàn)狀來講，當(dāng)前市政橋梁的抗震設(shè)計(jì)所采用的方法，基本是圍繞提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和變形能力展開的，技術(shù)水平較低、工程成本較大，卻又無法滿足抗震安全的需求。因此，設(shè)計(jì)人員必須要加強(qiáng)橋梁科技的創(chuàng)新應(yīng)用，通過合理科學(xué)的抗震設(shè)計(jì)，增強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能，在提高抗震能力的同時(shí)，有效降低工程建設(shè)成本。

1、市政橋梁震害分析

第一，針對(duì)梁式橋而言，由于下部結(jié)構(gòu)墩臺(tái)蓋梁寬度或擋塊強(qiáng)度不足，地震波產(chǎn)生時(shí)，在上部結(jié)構(gòu)梁端支座位置容易造成橫向相鄰梁體相互碰撞，進(jìn)而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)落梁，引發(fā)橋梁主體結(jié)構(gòu)破壞；針對(duì)拱式橋而言，地震波作用下，拱橋結(jié)構(gòu)容易造成拱角與拱頂附近出現(xiàn)裂縫，更有甚者產(chǎn)生變形破壞。第二，在發(fā)生地震之后，橋梁地基土?xí)a(chǎn)生液化反應(yīng)，嚴(yán)重破壞橋梁基礎(chǔ)。與此同時(shí)，橋墩基礎(chǔ)也會(huì)產(chǎn)生位移，進(jìn)而對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性能造成嚴(yán)重影響，明顯加大了主梁落梁、墩臺(tái)坍塌的概率。第三，在橋梁抗震設(shè)計(jì)中，對(duì)支座的抗震性能重視程度不高。由于支座抗震性能比較低，一旦遭遇地震，就會(huì)產(chǎn)生大面積的位移與變形情況，進(jìn)而對(duì)上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成影響，并會(huì)破壞橋梁的其他部位。第四，倘若橋梁下部結(jié)構(gòu)缺少一定抗震性能，一旦發(fā)生地震，橋梁下部墩柱極易產(chǎn)生彎剪變形，而此變形難以修復(fù)，進(jìn)而嚴(yán)重影響整個(gè)橋梁的結(jié)構(gòu)安全。

2、市政橋梁抗震設(shè)計(jì)

2.1 科學(xué)計(jì)算地震力

市政橋梁的設(shè)計(jì)過程中，地震力的計(jì)算也是一項(xiàng)極其重要的工作，并且我國在這方面所進(jìn)行的工作還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到實(shí)際建設(shè)的需求。因此，在之后的市政橋梁設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)做到科學(xué)計(jì)算橋梁地震力。橋梁的地震力受許多因素的影響，比如結(jié)構(gòu)尺寸、地質(zhì)條件、施工技術(shù)、施工材料等。這些因素對(duì)于橋梁地震力的影響大小是各不相同的，在實(shí)際計(jì)算過程中，應(yīng)當(dāng)盡可能將每一個(gè)因素所能夠影響的地震力大小明確地計(jì)算出來，從而得到一個(gè)較為準(zhǔn)確的地震力結(jié)果，以保證橋梁抗震安全。除此之外，市政橋梁的地震力計(jì)算還應(yīng)當(dāng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐卣鹩绊憗磉M(jìn)行，以該地區(qū)的地震烈度情況為準(zhǔn)。在地殼比較活躍的地方，地震烈度就大，抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)就高；而在那些地殼運(yùn)動(dòng)幅度小的地區(qū)，地震烈度就小，抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)就低。只有這樣，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候才能夠游刃有余。

2.2 抗震分析方法

目前，在市政橋梁抗震設(shè)計(jì)中，選擇合理的抗震分析方法無疑是重中之重，而時(shí)程分析法和反應(yīng)譜法是最為常用的兩種設(shè)計(jì)方法。在橋梁抗震設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合橋梁的性質(zhì)靈活選用上述兩種方法，通過具體的計(jì)算公式來明確具體數(shù)值，以確保抗震設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性。但需要指出的是，針對(duì)那些施工環(huán)境復(fù)雜或不規(guī)則橋梁，設(shè)計(jì)人員必須要考慮整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的周期，采取時(shí)程分析法進(jìn)行抗震分析，同時(shí)構(gòu)建動(dòng)態(tài)化監(jiān)管機(jī)制，利用科學(xué)算法明確抗震結(jié)構(gòu)的彈性范圍，以確保其運(yùn)行處于最佳彈性狀態(tài)，進(jìn)而全面增強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)固性與安全性。相比于時(shí)程分析法，彈性反應(yīng)譜法具有更廣泛的應(yīng)用范圍，同時(shí)其操作簡便、計(jì)算簡單、規(guī)范性強(qiáng)，因此，設(shè)計(jì)人員也要全面掌握這種設(shè)計(jì)方法。

2.3 抗震裝置設(shè)計(jì)

在市政橋梁結(jié)構(gòu)中，采用抗震裝置是順利實(shí)現(xiàn)抗震功能的關(guān)鍵，抗震裝置也是使抗震設(shè)計(jì)穩(wěn)定性得到保障的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)人員在橋梁抗震設(shè)計(jì)中，要以橋梁所需要達(dá)到的抗震要求為基礎(chǔ)，選擇合適的抗震裝置。在整個(gè)抗震系統(tǒng)中，抗震裝置的振幅將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的抗震效用，進(jìn)而影響到整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的抗震能力，這就要求設(shè)計(jì)人員必須明確抗震裝置的最大振幅，并以此為依據(jù)制定相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。各種抗震裝置具有不同的抗震效果，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的過程中要對(duì)此引起高度重視。在展開抗震裝置設(shè)計(jì)的時(shí)候，要立足于工作實(shí)際條件和抗震要求科學(xué)地對(duì)剛度和阻尼等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。部分大型市政橋梁還要運(yùn)用彈性反應(yīng)譜，如此便能讓抗震裝置計(jì)算變得更加容易，確保抗震裝置滿足橋梁抗震要求。科學(xué)、合理運(yùn)用抗震裝置，可以最大化控制地震中橋梁變形、結(jié)構(gòu)位移的可能性。當(dāng)前，城市建設(shè)得到了顯著發(fā)展，對(duì)市政橋梁隔離裝置的要求越來越嚴(yán)格，不斷加大了設(shè)計(jì)研發(fā)投入。所研發(fā)的抗震裝置要和橋梁的各項(xiàng)基本性能相適應(yīng)，這樣便能確保發(fā)生地震后，抗震裝置的作用可以最大限度地發(fā)揮出來，有效降低橋梁破壞的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 抗震加固技術(shù)

我國大多數(shù)市政橋梁屬于鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，不僅地質(zhì)與自然條件會(huì)對(duì)其造成影響，各種固定荷載與偶然荷載也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定影響，一般其使用年限通常為數(shù)十年，容易導(dǎo)致功能退化、承載力降低，進(jìn)而很難滿足抗震要求與規(guī)定，在一定程度上，削弱了其抗震能力。倘若對(duì)其大規(guī)模拆除重建，會(huì)明顯增加經(jīng)濟(jì)成本與社會(huì)成本投入。為了能夠高效規(guī)避上述風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)這種情況，在開展橋梁抗震加固設(shè)計(jì)工作的過程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)各方面因素進(jìn)行認(rèn)真分析，并為相關(guān)加固工作的順利開展預(yù)留出一定空間。現(xiàn)階段，所運(yùn)用的加固方法比較多，例如：加大截面面積、粘貼鋼板、改變結(jié)構(gòu)體系等。當(dāng)前，隨著我國社會(huì)和經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)的發(fā)展與進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)處于持續(xù)創(chuàng)新階段之中，在諸多橋梁抗震加固技術(shù)中，基于纖維增強(qiáng)材料抗震加固技術(shù)具有非常廣泛的應(yīng)用范圍。究其原因，纖維增強(qiáng)材料屬于新型材料內(nèi)容范疇，雖然自身重量比較輕，但是具備較高強(qiáng)度，可以有效提高橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。伴隨著施工條件的不斷成熟，可以對(duì)其開展深入推廣工作，不斷擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

結(jié)語：

在市政橋梁設(shè)計(jì)中，抗震設(shè)計(jì)可以顯著提高橋梁整體質(zhì)量，可以使人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全得到保證。現(xiàn)階段，我國研究抗震設(shè)計(jì)方面的時(shí)間并不長，在今后的研究中應(yīng)學(xué)習(xí)和合理借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)以及設(shè)計(jì)方面的經(jīng)驗(yàn)，以提高國內(nèi)的抗震設(shè)計(jì)技術(shù)，保證市政橋梁整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。