(西華大學(xué) 四川 成都 611730)

隨著我國交通事業(yè)迅猛發(fā)展，在一些峽谷河流較多的西南地區(qū)，有著較大跨越能力的鋼筋混凝土拱橋得到了廣泛應(yīng)用。由于近幾年地震頻發(fā)，在高烈度地區(qū)，鋼筋混凝土拱橋的抗震性能逐漸引起了相關(guān)從業(yè)人員的重視。橋梁的抗震設(shè)計基本上是按照相關(guān)抗震設(shè)計規(guī)范進(jìn)行，目前相關(guān)規(guī)范較為完善，按照地震動參數(shù)區(qū)劃、抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、場地土分類等等各個方面充分考慮了場地、橋梁結(jié)構(gòu)、地震波等參數(shù)對橋梁抗震性能的影響，具有很高的參考價值和指導(dǎo)意義，但橋梁跨度的增大、結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜化、地震波的不確定性以及抗震性能要求的提高使得僅僅按規(guī)范大致進(jìn)行設(shè)計并不能成為最優(yōu)的方案。

一、鋼筋混凝土拱橋抗震性能的相關(guān)研究

(一)震害的研究

1.調(diào)查統(tǒng)計。通過調(diào)查和統(tǒng)計發(fā)生地震災(zāi)害地區(qū)的鋼筋混凝土拱橋破壞情況，根據(jù)相關(guān)的規(guī)律分析研究得出相應(yīng)結(jié)論。例如曹鵬杰調(diào)查了在汶川地震中都江堰9度和10度地區(qū)的46座拱橋，對墩臺、基礎(chǔ)、拱圈以及橋面?zhèn)葔Φ牡湫驼鸷M(jìn)行了統(tǒng)計和分析，認(rèn)為選擇地質(zhì)均勻兩端地形相似的橋址、在立柱或者立墻頂端設(shè)鉸使橋面簡支或者形成三鉸拱、提高施工質(zhì)量、定期的維修養(yǎng)護(hù)防止出現(xiàn)各種病害等，都能提高拱橋的抗震性能。

2.建模分析。通過調(diào)查一座或者幾座橋的震害情況，結(jié)合使用有限元軟件建立該橋的模型進(jìn)行地震響應(yīng)分析，得出拱橋的震害機(jī)理。例如唐堂通過現(xiàn)場調(diào)查汶川地震后的金花大橋震害，使用有限元軟件SAP2000建立該橋模型，輸入地震動進(jìn)行數(shù)值分析并結(jié)合XTRACT軟件得到了拱橋的地震響應(yīng)情況，將分析結(jié)果對比調(diào)查情況發(fā)現(xiàn)二者基本一致，認(rèn)為地震作用下，靠近拱頂附件的立柱是地震易損構(gòu)件，主拱圈的拱腳處發(fā)生了彎曲破壞。

(二)地震作用分析方法研究

1.抗震分析方法的適用性。無論是最早使用的靜力法，還是目前得到廣泛應(yīng)用的反應(yīng)譜法和動力時程分析法，或者是基于性能的抗震設(shè)計理念，都有自身的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件和范圍。近年來關(guān)于這方面的研究也有很大的進(jìn)展，但是由于不同的結(jié)構(gòu)在不同的地震作用下反應(yīng)各不相同，所以還不完善。主要探討不同的結(jié)構(gòu)形式、不同的地震作用、結(jié)構(gòu)的線性和非線性變形等所適用的抗震分析方法。

2.抗震分析方法的完善。橋梁結(jié)構(gòu)在實(shí)際地震作用下的反應(yīng)是非常復(fù)雜的，要考慮的因素非常多，除了規(guī)范中提到的主流因數(shù)以外還要考慮其他效應(yīng)的影響，如地震波的選取，行波效應(yīng)，樁土作用等等，在這一方面也有了大量研究，例如孫廣龍使用基于有限元軟件ANSYS開發(fā)的大跨度橋梁抗震分析計算模塊對一在建的鋼筋混凝土拱橋分別采用一致激勵和行波激勵進(jìn)行時程分析，對比結(jié)果表明:考慮行波效應(yīng)時，拱腳彎矩、l/4截面軸力和彎矩均有顯著增大，拱腳軸力、拱頂軸力和彎矩則有所減小，各部位的順橋向位移均增加。

(三)拱橋自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)研究

1.研究自身的動力特性。由于實(shí)際工程的獨(dú)特性，每個拱橋?qū)Φ卣鹱饔玫捻憫?yīng)都有區(qū)別，所以很多從業(yè)人員會對有著自身特點(diǎn)的實(shí)際工程中的拱橋進(jìn)行反應(yīng)譜或者時程分析，研究其自身的基本動力特性以及地震作用下的響應(yīng)，有的是去驗(yàn)證被廣泛應(yīng)用的方法對有特殊地方的拱橋同樣適用，有的分析出特殊情況的拱橋與其他一般拱橋的差異等等。

2.拱橋相關(guān)參數(shù)的影響。橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性主要由結(jié)構(gòu)形式、質(zhì)量分布、結(jié)構(gòu)剛度、材料特性和構(gòu)造連接等因素決定，所以鋼筋混凝土拱橋結(jié)構(gòu)中的各種參數(shù)(矢跨比、拱軸系數(shù)、阻尼比等)對拱橋自身的基本動力特性影響很大，從而影響到了拱橋的抗震性能。目前也已經(jīng)有很多人對這方面進(jìn)行了研究，像是根據(jù)具體地形條件采用幾組不同失跨比的拱橋在相同的條件下進(jìn)行抗震分析，對比結(jié)果的差異。

(四)減震隔震研究

鋼筋混凝土拱橋是一種剛度很大不太利于抗震的結(jié)構(gòu)，通過設(shè)置隔震減震裝置能有效改善其抗震性能。比如范亮提出在主拱拱腳周圍安裝可變剛度原件，根據(jù)需要來改變拱腳處的邊界條件從而減小拱橋剛度增加延性，通過計算分析后認(rèn)為此方法對拱橋減震十分有效。

二、鋼筋混凝土拱橋抗震性能潛在的可行研究方向

(一)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.拱上結(jié)構(gòu)。首先可以分析材料變化的影響，拱上立柱及橋梁部分可以是鋼材、鋼管混凝土、型鋼與混凝土相結(jié)合等不同的材料，然后利用有限元軟件進(jìn)行數(shù)值分析對比結(jié)構(gòu)找出規(guī)律?？梢詫⒐吧辖Y(jié)構(gòu)的連接形式進(jìn)行變化，拱上建筑可以是立柱和梁固結(jié)形成鋼構(gòu)形式，也可以是設(shè)置為活動支座形成連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，還可以將梁結(jié)構(gòu)斷開為簡支梁的形式。

2.主拱圈。主拱圈的失跨比、拱軸系數(shù)都會影響到拱橋的動力特性，這方面早已有相關(guān)文獻(xiàn)，但是由于研究的拱橋數(shù)量較少，無法確定不同形式的鋼筋混凝土拱橋同樣適用這樣的規(guī)律，所以需要大量不同的鋼筋混凝土拱橋都進(jìn)行相關(guān)方面的研究，才能得出規(guī)律。

(二)其他

可以從地震作用入手，選取不同地震波可能會造成的差異，是否考慮行波效應(yīng)這類因數(shù)的影響，一致激勵還是多點(diǎn)激勵等等。還可以考慮像是溫度之類的外界因數(shù)的影響，可以去完善反應(yīng)譜法和動力時程分析法的缺陷。鋼筋混凝土的剛度較大，還可以研究影響其延性的因數(shù)。

三、結(jié)論

目前有很多關(guān)于鋼筋混凝土抗震性能的研究，但由于自身結(jié)構(gòu)多樣、地震作用復(fù)雜，所以這方面還不完善。對鋼筋混凝土抗震性能的研究還有很多工作可以做，可以研究影響其抗震性能的多種外界因素和內(nèi)部因數(shù)，可以研究分析方法的適用性及準(zhǔn)確性等等，從而進(jìn)一步完善鋼筋混凝土拱橋的設(shè)計。