橋梁結構抗震性和耐久性設計探析

王池波，李金萍

（晉江市路橋建設開發(fā)有限公司，福建 晉江 362200）

1 工程概況

某項目位于城區(qū)，為城市主干路，起訖樁號為 K0+720～K6+033，路線長度約 5.3km，以高架橋的形式跨越多個路口，地面交通復雜。經(jīng)過綜合比選，橋梁標準段采用 30m 跨預制小箱梁，局部跨路口段根據(jù)地面交通情況進行調整。本文主要針對先簡支后連續(xù)預制小箱梁設計進行分析。

進行橋梁的孔徑與位置布設時，以建設條件、經(jīng)濟、運營、施工、養(yǎng)護以及既有路橋使用狀況為基礎，結合城市道路規(guī)劃等多元化需求，整體計算分析，選擇最佳方案。橋梁結構設計基于總原則，注重安全性、適用性、環(huán)保性、養(yǎng)護便捷性等。同時選擇技術先進、結構合理、施工條件穩(wěn)定、經(jīng)濟美觀的常規(guī)結構，追求標準化與裝配化生產，以便于順利、有序施工，節(jié)約施工成本。橋梁上層結構選擇約 30m 的預應力混凝土小箱梁，下部結構選擇方柱墩、U 形橋臺、鉆孔灌注樁基礎。橋梁設計基準期為 100年，安全等級為一級，橋梁與涵洞荷載等級為公路 I 級；地震動峰值加速度系數(shù)設計為 0.15g，本地區(qū)地抗震設防烈度等級為7度。

2 橋梁結構抗震性與耐久性影響要素

2.1 客觀要素

我國位于環(huán)太平洋火山地震帶與印度洋—喜馬拉雅火山地震帶，地震災害相對較多。例如，青海玉樹州與海西州德令哈市于 2019年2月先后發(fā)生地震，震源深度約 7km，地震發(fā)生間隔時間較短，低烈度的地震十分常見。地震等級與烈度直接影響著橋梁使用的安全性，震源深度較淺，烈度較高的特大型地震，對橋梁結構造成的危害是毀滅性的。

2.2 主觀要素

設計人員的觀念意識是影響橋梁結構抗震性和耐久性的主要主觀因素，部分人員過于注重橋梁的經(jīng)濟功能和施工成本，對橋梁抗震性與耐久性的重要性重視不夠，并且由于一些設計人員設計水平的限制，導致橋梁結構設計不合理，抗震性與耐久性不足。

3 橋梁結構抗震性與耐久性設計的重要性

橋梁結構耐久性與抗震性設計的最終目標為基于既知橋梁結構外在負載承受能力，根據(jù)相關指標，選擇合適的幾何參數(shù)，以科學設計橋梁結構，促使橋梁結構的抗震性與耐久性可規(guī)定條件與時間內符合既定參數(shù)標準。目前，我國橋梁結構設計依舊存在許多問題亟待解決，例如，設計者過于注重橋梁結構強度，忽視了結構的耐久性，導致橋梁結構的安全性與使用壽命不達標，存在安全隱患。所以，為確保橋梁使用安全性與使用壽命，需從橋梁結構設計中加強對橋梁安全性、抗震性、耐久性的重視，采取措施提高橋梁結構的承載能力與使用性能，降低橋梁病害發(fā)生概率。

4 橋梁結構抗震性與耐久性設計

4.1 抗震性設計

進行橋梁設計時，需選擇良好的抗震減震策略，其原理在于適度延長橋梁結構自震周期，促使其在地震力的影響下，適度減少結構內力，增大橋梁結構的阻尼，提升延展性，以抵消地震作用力，實現(xiàn)減震抗震。在上部結構與下部結構位移允許范圍內，橋梁支承體系可以選擇柔性支承與減震支座等相關策略，以實現(xiàn)橋梁結構減震抗震處理[1]。

4.1.1 布設橋孔

根據(jù)工程所在地的實際情況，本項目中橋梁結構的橋跨數(shù)量設計主要選擇 27～32m 的孔跨布置，通過多橋墩同時分攤地震水平作用力。布設孔跨時，盡量遵守對稱原則與均勻原則，等跨度布設橋跨，促使橋梁均勻受力，從而保證橋梁結構的穩(wěn)定性。

4.1.2 上部結構

布設簡支梁與墩臺邊緣時，需注意應保留既定間距。設計橋臺臺身時，可以合理增加橋臺臺身混凝土強度與厚度，選擇橡膠墊板與梁部結構進行搭接，以此緩沖。加強對承重結構設計的重視，計算承載力時，根據(jù)極限狀態(tài)選擇最不利受力截面進行設計，促使上部結構具備充足的抗變形能力。

4.1.3 下部結構

進行下部結構設計時，應充分考慮橋墩與橋臺的承載力及其抗變形能力，以提高其抗震能力。橋墩和橋臺的結構計算與設計要求相符時，在橋墩蓋梁間合理設置抗震擋板，提高結構在地震荷載作用下的穩(wěn)定性與安全性。同時還可提升橋墩柱與基礎特定受力范圍的配筋率，以強化橋梁結構的抗變形能力，進而提高結構整體安全性與抗震性。在布設橋梁樁基與橋墩箍筋時，可針對箍筋采取一定的加密措施。

4.2 耐久性設計

4.2.1 上部結構

根據(jù)橋梁結構所在區(qū)域的氣候條件，以最大降雨量與蒸發(fā)量為基礎，合理布置縱向與橫向雙向排水坡。其中，橫向排水的泄水管位置與數(shù)量，需以徑流面積為基礎加以計算分析，嚴格控制泄水管道間隔在 4～5m。由于上部結構的邊板懸臂，需科學布設相應滴水槽，并確保排水管出口位置的科學合理性，不能與混凝土構件表層相接近。預應力筋的錨固端需采取一定的防銹策略，確保封端混凝土的良好性能，且需具備良好抗裂性。為防止橋面剛性防水層承受活載荷作用，例如，車輛處于頂板負彎矩區(qū)域內導致結構產成 V 形裂縫，發(fā)生滲水，很容易引發(fā)鋼筋銹蝕現(xiàn)象，因此，在橋面設計過程中，應選用柔性防水層。

預應力混凝土上部結構構件需基于 A 類或全預應力構件進行合理設計，通過整體分析所有因素的影響作用，例如，預應力效應與彎道徑向力效應等，以確保橋梁結構總應力水平可達到 A 類或全預應力狀態(tài)，從而避免承重結構開裂。此外，在橋梁箱型結構設計過程中，既要滿足力學計算要求，又要基于施工與耐久性等要求，防止過度追求材料節(jié)約與輕量化，需以確保橋梁整體性能為前提，與此同時，還要避免各種病害。

4.2.2 下部結構

下部結構的耐久性設計需根據(jù)實際要求與情況，科學提升橋梁結構混凝土標號。在橋梁耐久性設計過程中，如果出現(xiàn)鹽漬土路段，土層與水源會在一定程度腐蝕橋梁基礎結構，所以，選擇結構材料時應以抗硫酸鹽水泥為主，根據(jù)環(huán)境類型，科學構建基礎混凝土保護層，全面做好防腐控制。

5 結語

綜上所述，橋梁結構抗震性與耐久性設計是橋梁結構設計的關鍵環(huán)節(jié)，不僅可強化橋梁施工的合理性，還可提升橋梁的使用安全性，延長使用壽命，強化橋梁承載能力。所以，對橋梁結構的抗震性和耐久性設計進行深入研究具有十分重要的意義，需要高度重視。