胡宗相

淺談公路橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

胡宗相

橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)保證了應(yīng)該滿足其可靠性和安全性的要求，橋梁結(jié)構(gòu)必須是安全的和完整的，防止因地震的影響而破壞橋梁，發(fā)生嚴(yán)重的情況引起安全事故。因此，在地震的多發(fā)地帶進(jìn)行假設(shè)橋梁時(shí)，一定要保證橋梁的抗震性能?？赡馨l(fā)生地震情況的地區(qū)，一定要詳細(xì)地進(jìn)行分析，盡量保證在發(fā)生地震后，還能繼續(xù)保持能安全地進(jìn)行通行，或能夠盡量減少地震災(zāi)害造成的損失，為了以后維護(hù)方便。

一、工程概況

舉一個(gè)在震斷裂上的工程作為例子，當(dāng)?shù)厥歉叩燃?jí)的抗震，在橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中必須嚴(yán)格計(jì)算和設(shè)計(jì)抗震性能。該項(xiàng)目的橋梁結(jié)構(gòu)涉及橋梁的各個(gè)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(shè)計(jì)橋梁的結(jié)構(gòu)時(shí)，必須要針對(duì)地震進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，計(jì)算時(shí)的設(shè)計(jì)依據(jù)應(yīng)該是能夠發(fā)生的最壞的情況。這里的橋梁設(shè)計(jì)的工作主要有橋梁結(jié)構(gòu)的計(jì)算、抗震的計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和抗震措施進(jìn)行選擇。

二、計(jì)算結(jié)構(gòu)的選取

1.計(jì)算方法

這個(gè)工程抗震的設(shè)計(jì)是以《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》6.3條及其條文方法為依據(jù)的。方法中主要是針對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)的水平順橋向和橫橋向布置的具體方法進(jìn)行具體分析，此橋上部分設(shè)計(jì)為連續(xù)結(jié)構(gòu)，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(dāng)發(fā)生地震，固定支座承擔(dān)順橋向的地震力，各個(gè)墩柱同時(shí)承擔(dān)橫橋向的地震力。

2.橋址地震參數(shù)

此橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù)：8度的抗震設(shè)防的裂縫，具有0.43的地震抗震系數(shù)在地作用下，設(shè)計(jì)0.20g的基本地震加速度、建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)類別III類，地震反應(yīng)譜的特征周期為0.55s，在區(qū)劃圖上有0.40s的特征周期，場(chǎng)地系數(shù)為1.2。

3.結(jié)構(gòu)選取

整體橋梁的抗震結(jié)構(gòu)的計(jì)算單位，一般情況下用伸縮縫來(lái)作為分割部門，用這種方法，將橋梁分為若干個(gè)單元。大型的橋梁一般可以分為數(shù)百個(gè)單元，但在抗震的實(shí)際計(jì)算中，不需要所有的單元均進(jìn)行抗震性分析，所以，可依據(jù)設(shè)計(jì)的要求，選擇該地區(qū)幾段可以代表整體的狀況的區(qū)域就行。下表顯示了本座橋梁設(shè)計(jì)的抗震性能的控制單元。

抗震設(shè)計(jì)的主要控制計(jì)算單元

在劃分單元時(shí)，橋的寬度、長(zhǎng)度、最大跨度、橋墩高度等應(yīng)該是主要考慮因素。主要是因?yàn)樯婕皹蛄旱目拐饡r(shí)，這些因素都會(huì)影響到該橋的整體抗震性，同時(shí)，在諸多方面影響橋梁。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中計(jì)算時(shí)，為使計(jì)算過(guò)程更加簡(jiǎn)單，一般會(huì)重點(diǎn)分析一個(gè)對(duì)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(chǔ)上，與其他的因素相結(jié)合，最終定下橋墩的橫向截面的尺寸。為了確保橋梁墩柱達(dá)到與橋梁協(xié)調(diào)的比例，該橋以橋?qū)挒榛镜臄?shù)據(jù)。當(dāng)橋?qū)挾纫欢〞r(shí)，最大延長(zhǎng)控制將會(huì)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(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

對(duì)單柱墩為對(duì)象的結(jié)構(gòu)抗震性能的研究，進(jìn)行參數(shù)計(jì)算時(shí)采用反應(yīng)譜法計(jì)算公式的方法。第一，通過(guò)相關(guān)計(jì)算得出支座頂部受到的順橋向的作用力，而且會(huì)得出橋梁上部所受的橫橋向作用的地震力。然后，計(jì)算出受到地震的作用使橋梁與基礎(chǔ)頂面發(fā)生的的水平移位。通過(guò)一系列相關(guān)的計(jì)算得到，順向和橫向?qū)Φ卣鸬挠绊懞陀谰眯Ч嘟Y(jié)合，依據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)能夠得出結(jié)論，橋梁受壓部件滿足橋梁強(qiáng)度的規(guī)定，此時(shí)此刻就可以進(jìn)行橋梁墩柱的縱筋設(shè)計(jì)了。

四、樁基礎(chǔ)和墩柱設(shè)計(jì)

對(duì)潛在的塑性鉸區(qū)單柱墩底部，根據(jù)地震作用情況下墩柱的配筋可以計(jì)算得出。同時(shí)，根據(jù)橋的順向與橫向彎曲極限值計(jì)算，至關(guān)重要的因素是材料強(qiáng)度、最不利的軸向力和超強(qiáng)系數(shù)。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(shí)應(yīng)保持彈性的狀態(tài)，與此同時(shí)，根據(jù)樁的荷載設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算具體的彈性狀態(tài)，保證承受力在樁的承受范圍內(nèi)。

在設(shè)計(jì)樁的基礎(chǔ)過(guò)程中，太多的因素需要考慮，彎曲極限值是重中之重，因?yàn)樗軟Q定樁基礎(chǔ)配筋的數(shù)量與形式，還可以根據(jù)相應(yīng)的剪力值得到墩的高；設(shè)計(jì)計(jì)算軸力值時(shí)，通常需要綜合橋?qū)?、跨?shù)、跨徑等。此設(shè)計(jì)選用最簡(jiǎn)單的形式進(jìn)行計(jì)算，采用關(guān)鍵性因素假設(shè)的方法進(jìn)行計(jì)算，然后得出最合適橋梁結(jié)構(gòu)。樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，最重要的部分是豎向承載力的相關(guān)計(jì)算，通過(guò)計(jì)算得到樁徑和組合：橋?qū)挾?3m和17m，3樁樁基礎(chǔ)或選用以上的群樁施工；當(dāng)橋梁寬度9.5m和8m，雙樁結(jié)構(gòu)為樁基礎(chǔ)。計(jì)算結(jié)束后，再重點(diǎn)檢查橋梁的使用軸力與剪力值，確保強(qiáng)度滿足要求。

五、抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.震的要求；如果橋墩設(shè)計(jì)截面較大，會(huì)出現(xiàn)過(guò)度承載的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致整體的橋梁基礎(chǔ)構(gòu)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(jié)構(gòu)，因?yàn)槎潭站哂泻芎玫膭傂?，?huì)對(duì)橋梁的整體抗震性能產(chǎn)生負(fù)面的影響；

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

4.橋墩的上部結(jié)構(gòu)通常會(huì)放置很多鋼筋為混結(jié)構(gòu)限位塊，防止在地震產(chǎn)生的情況下發(fā)生橫線位移的情況；

5.在橋臺(tái)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(shè)中使用的是抗震盆式橡膠支座，可提高抗震性，進(jìn)行計(jì)算墩頂尺寸時(shí)候，一定要做到支座的尺寸要低于墩頂尺寸。

六、提高結(jié)構(gòu)抗震性能的方法

對(duì)于橋梁抗震的設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)于橋梁設(shè)計(jì)的全過(guò)程，一旦確定下來(lái)橋梁的設(shè)計(jì)方案，就要將重點(diǎn)放在如何實(shí)現(xiàn)抗震性能上，通過(guò)計(jì)算和驗(yàn)算得到最佳的設(shè)計(jì)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(duì)橋梁的地震力。具體的實(shí)現(xiàn)方法是：利用隔震支座和墩、臺(tái)接觸面，設(shè)計(jì)或新材料的使用，來(lái)提高橋梁結(jié)構(gòu)的彈性和阻力。大量實(shí)驗(yàn)表明，這種方法是有效的，而且性能較穩(wěn)定，可以作為一個(gè)長(zhǎng)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(duì)橋梁的影響，完全減輕地震對(duì)橋梁的破壞，保證橋梁能夠安全運(yùn)行。

2.通過(guò)隔震支座和阻尼器結(jié)合來(lái)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(lái)提高橋梁的抗震性，兩者可以有效地進(jìn)行結(jié)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(chǎn)生的能量，將地震對(duì)橋梁的損傷降到最小，從而徹底地提高橋梁抗震性能。

七、結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)橋梁的過(guò)程中，為確保結(jié)構(gòu)完整，一定要把重點(diǎn)放在橋的可靠性、安全性和功能的考慮上。本文章用某大橋?yàn)槔?，通過(guò)對(duì)橋梁的抗震性能嚴(yán)格的計(jì)算和驗(yàn)算，得到的結(jié)構(gòu)形式有最好的抗震性，能夠預(yù)先預(yù)測(cè)到在地震發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的最壞的情況，在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、抗震的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的選擇上深入地進(jìn)行分析研究設(shè)計(jì)，大量試驗(yàn)過(guò)后，總結(jié)出了可行的實(shí)際的橋梁抗震的一些具體措施，確保地震后橋梁不會(huì)受損。

（作者單位：濮陽(yáng)市公路管理局）