吳志魁

摘? ? 要：現(xiàn)階段，橋梁抗震工程是交通當(dāng)中的重要組成部分，因此對(duì)橋梁工程的抗震進(jìn)行研究是十分必要的?？拐鸶拍钤O(shè)計(jì)就是根據(jù)地震災(zāi)害以及工程實(shí)踐當(dāng)中的經(jīng)驗(yàn)而總結(jié)得出的設(shè)計(jì)原則，根據(jù)這些設(shè)計(jì)原則對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的方案、材料等因素做出有針對(duì)性的設(shè)計(jì)，達(dá)到理想的抗震效果，利用最經(jīng)濟(jì)的方法來(lái)達(dá)到最佳的抗震目的。

關(guān)鍵詞：橋梁工程;抗震設(shè)計(jì)

1? 地震破壞的主要類(lèi)型

1.1? 彎曲破壞

結(jié)構(gòu)在水平地震荷載作用下由于過(guò)大的變形導(dǎo)致混凝土保護(hù)層脫落、鋼筋壓屈和內(nèi)部混凝土壓碎、崩裂，結(jié)構(gòu)失去承載能力。整個(gè)過(guò)程表現(xiàn)為如下形式，當(dāng)彎矩達(dá)到開(kāi)裂強(qiáng)度時(shí)，截面出現(xiàn)水平彎曲裂縫;隨著裂縫的發(fā)展和荷載強(qiáng)度的提高，受拉側(cè)的縱筋達(dá)到屈服強(qiáng)度;隨著變形量的增大，混凝土保護(hù)層脫落、塑性鉸范圍擴(kuò)大;鋼筋壓屈（或拉斷）和內(nèi)部混凝土壓碎、崩裂。

1.2? 剪切破壞

在水平地震荷載作用下，當(dāng)結(jié)構(gòu)受到的剪切力超過(guò)截面剪切強(qiáng)度時(shí)發(fā)生剪切破壞，整個(gè)破壞過(guò)程表現(xiàn)為如下形式：截面彎矩達(dá)到開(kāi)裂強(qiáng)度時(shí)，截面出現(xiàn)水平彎曲裂縫;隨著裂縫的發(fā)展和荷載強(qiáng)度的提高，柱內(nèi)出現(xiàn)斜方向的剪切裂縫;局部剪切裂縫增大，箍筋屈服導(dǎo)致剪切裂縫進(jìn)一步增長(zhǎng);發(fā)生脆性的剪切破壞。

1.3? 落梁破壞

當(dāng)梁體的水平位移超過(guò)梁端支撐長(zhǎng)度時(shí)發(fā)生落梁破壞。落梁破壞是由于梁與橋墩（臺(tái)）的相對(duì)位移過(guò)大，支座喪失約束能力后引起的一種破壞形式。

1.4? 支座損傷

上部結(jié)構(gòu)的地震慣性力通過(guò)支座傳到下部結(jié)構(gòu)，當(dāng)傳遞荷載超過(guò)支座設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)支座發(fā)生損傷、破壞。支座損傷也是引起落梁破壞的主要原因。對(duì)于下部結(jié)構(gòu)而言，支座損傷可以避免上部結(jié)構(gòu)的地震荷載傳到橋墩，避免橋梁發(fā)生破壞。

2? 橋梁抗震設(shè)計(jì)方法

橋梁抗震設(shè)計(jì)是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，正確地解決結(jié)構(gòu)總體方案、材料使用和細(xì)部構(gòu)造，以達(dá)到合理抗震設(shè)計(jì)的目的。合理的抗震設(shè)計(jì)，可以使設(shè)計(jì)出來(lái)橋梁在強(qiáng)度、剛度和延性等指標(biāo)上達(dá)到最佳的組合，使結(jié)構(gòu)能夠以最低的成本來(lái)實(shí)現(xiàn)抗震的目標(biāo)。

2.1? 體系的整體性和規(guī)則性

橋梁的整體結(jié)構(gòu)要協(xié)調(diào)，上部結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能是連續(xù)的。較好的整體性結(jié)構(gòu)可有效防止構(gòu)件及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震時(shí)被震散掉落，同時(shí)它也是結(jié)構(gòu)發(fā)揮空間作用的基本條件。不管是在平面還是在立體上，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都要力求使橋梁在質(zhì)量、剛度、幾何尺寸等方面協(xié)調(diào)勻稱(chēng)，避免突然變化。

2.2? 樁基礎(chǔ)和墩柱設(shè)計(jì)

單柱墩的頂部位置中存在一定的塑性鉸區(qū)域，在考慮了地震的影響之下就能夠計(jì)算出所需要的配筋。同時(shí)，還可以根據(jù)橋梁的順橋向以及橫橋向的極限彎曲值來(lái)進(jìn)行計(jì)算，最為主要的是計(jì)算出材料的強(qiáng)度以及超強(qiáng)系數(shù)等。在對(duì)樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須要考慮到很多外在因素的影響，而極限彎矩值是非常重要的一個(gè)因素，并且能夠確定配筋的數(shù)量以及布置形式，還能夠根據(jù)剪力分布情況得出墩柱的高度尺寸;軸力值的設(shè)計(jì)計(jì)算必須要結(jié)合橋梁寬度、跨數(shù)以及跨徑等進(jìn)行分析，從而確定最為合理的橋梁結(jié)構(gòu)形式。樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是以豎向承載力為主要考慮對(duì)象，否則將不能保證橋梁具備足夠的抗震性能。完成了計(jì)算之后，應(yīng)該應(yīng)用軸力值以及剪力值對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)算，確保最終的橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足交通運(yùn)行的需要。

2.3? 提高結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的強(qiáng)度和延性

抗震設(shè)計(jì)要力圖使從地基傳入結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量為最小，并使結(jié)構(gòu)具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、剛度和延性，以防止不能容忍的破壞。在不增加重量，不改變剛度的前提下，提高總體強(qiáng)度和延性是兩個(gè)有效的抗震途徑。剛度的選擇有助于控制結(jié)構(gòu)變形;強(qiáng)度與延性則是決定結(jié)構(gòu)抗震能力的兩個(gè)重要參數(shù)。由于地震可造成結(jié)構(gòu)和構(gòu)件周期反復(fù)變形，使其剛度與強(qiáng)度逐漸退化，因此，只重視強(qiáng)度而忽視延性不是最佳的抗震設(shè)計(jì)。

2.4? 橋墩長(zhǎng)度計(jì)算

當(dāng)前公路橋梁多為多跨簡(jiǎn)支梁以及連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，在計(jì)算橋墩承載力時(shí)，橋墩取極端長(zhǎng)度為l0的值。在實(shí)際的多跨簡(jiǎn)支橋梁以及連續(xù)橋梁的橋墩中，在水平力作用下墩頂常常會(huì)出現(xiàn)一定的水平位移，故橋墩計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)β一般在1～2的范圍以內(nèi)。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，β常常受到諸多因素的影響，比如橋墩高度、剛性強(qiáng)度、支座的特性以及上下部構(gòu)造對(duì)墩柱約束等。因此，工程項(xiàng)目中β的取值常常與規(guī)定值有較大的出入，這也會(huì)導(dǎo)致其橋梁承載力的計(jì)算比較保守。借助三維有限元軟件則能夠很好的模擬出橋梁結(jié)構(gòu)空間受力基本特征，通過(guò)對(duì)實(shí)際施工過(guò)程及使用狀態(tài)進(jìn)行相關(guān)模擬，得出與實(shí)際要求較為接近的橋梁結(jié)構(gòu)空間受力情況。通過(guò)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)施工過(guò)程以及具體使用情況進(jìn)行相應(yīng)模擬，使得橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算上得到了一定優(yōu)化，滿足相關(guān)的橋梁設(shè)計(jì)需求，同時(shí)橋梁的抗震能力得到顯著提升。下面主要介紹使用有限元軟件得出β值，進(jìn)而提升橋梁長(zhǎng)度l0的精度對(duì)于等直徑的橋墩，墩身的抗推剛度需要滿足要求：K=3EI/H3;而對(duì)于非等直徑的橋墩，其抗推剛度要求為：K=3EI/[（H3+H2+H1）3-（H2+H1）3];有限元軟件中構(gòu)建的抗推剛度要求為：K=力/位移=F/δ（kN/m）。對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)而言，上部結(jié)構(gòu)在具體施工開(kāi)始前，將單獨(dú)一個(gè)橋墩的抗推剛度標(biāo)記為K墩;上部結(jié)構(gòu)施工完成后，因?yàn)橐宦?lián)橋梁的各個(gè)橋墩存在彈性連接，就等同于在橋墩的墩頂加上了彈性抗推剛度K彈，這便可以得出一聯(lián)橋梁中的抗推剛度為K合=K墩+K彈。如果忽略掉墩頂彈性約束，則有K合=K墩;但如果墩頂?shù)膹椥约s束不可忽略，且彈性約束K彈為無(wú)窮大，則相當(dāng)于墩頂鉸接。同時(shí)依照相關(guān)判斷，對(duì)墩頂?shù)妮S向受壓臨界值進(jìn)行判斷便可以得出墩柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)β。

3? 橋梁抗震設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題

3.1? 橋梁抗震概念設(shè)計(jì)

抗震概念設(shè)計(jì)是根據(jù)地震災(zāi)害以及工程經(jīng)驗(yàn)獲得的設(shè)計(jì)思想，能夠有效的達(dá)到合理抗震的設(shè)計(jì)目的。合理抗震設(shè)計(jì)要求作品能夠達(dá)到強(qiáng)度、延性等指標(biāo)的最佳組合，從而利用最為經(jīng)濟(jì)的方法來(lái)達(dá)到抗震設(shè)防的目標(biāo)。需要指出的是，我們雖然強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計(jì)的重要性，但并不代表因此忽視了對(duì)于樹(shù)脂的計(jì)算，這是為了能夠創(chuàng)造更加有利的條件，從而保證計(jì)算分析的結(jié)果能夠完整反映出地震時(shí)結(jié)構(gòu)的真實(shí)反應(yīng)。

3.2? 地震響應(yīng)分析及設(shè)計(jì)方法的改變

從地震的振幅等要素來(lái)看，在靜力理論當(dāng)中只考慮了高頻振動(dòng)的最大值;而在反應(yīng)譜理論當(dāng)中雖然考慮到了振幅以及頻譜等因素，但并沒(méi)有對(duì)持時(shí)進(jìn)行明確反映;動(dòng)力理論則在考慮到持時(shí)的基礎(chǔ)上，還考慮到了其余特性。從組成結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論的四個(gè)不同方面看來(lái)，靜力理論對(duì)其都做到了簡(jiǎn)化，而動(dòng)力理論則能夠更加全面地考慮到其他因素，此外其模型也更加接近實(shí)際，地震反應(yīng)法考慮到了地震之后結(jié)構(gòu)產(chǎn)生各種反應(yīng)的過(guò)程，而設(shè)計(jì)原則在其他理論的基礎(chǔ)上考慮到了安全概率等其他方面。

4? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，加強(qiáng)橋梁抗震設(shè)計(jì)的研究能夠有效預(yù)防地震對(duì)橋梁帶來(lái)的破壞。在研究過(guò)程中，研究人員需要認(rèn)真分析抗震破壞的主要形式以及設(shè)計(jì)原則，探討橋梁抗震設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題，更多的了解我國(guó)橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的建設(shè)，從各方面來(lái)降低地震給橋梁帶來(lái)的損傷，嚴(yán)格控制工程質(zhì)量，使運(yùn)輸線路保持暢通，提高我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

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