趙曉燕

（云南航都綜合開發(fā)有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，我國有79%的國土面積都在Ⅵ度以及以上的地震烈度區(qū)域，需要按照現(xiàn)行的橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范來對其進(jìn)行抗震設(shè)防，其中有8%的國土面積在Ⅷ度及以上的高地震烈度區(qū)域當(dāng)中，所以說針對于這些地方必須要進(jìn)行重點(diǎn)的抗震設(shè)防。伴隨著我國的橋梁抗震設(shè)計(jì)不斷的發(fā)展，橋梁抗震設(shè)計(jì)也開始慢慢的受到了工程師的重視，面對著大量需要進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的橋梁工程來說，選擇更加合理的抗震方法來對整個(gè)工程進(jìn)行分析就顯得格外重要。

1 高烈度區(qū)的橋梁震害分析

高烈度區(qū)因?yàn)樽陨淼牡匦我约暗刭|(zhì)條件都是比較惡劣的，所以說很容易就會(huì)發(fā)生地震等一系列的災(zāi)害，從而在對于橋梁的設(shè)計(jì)的時(shí)候也提出了更加高的要求。因此在對于高烈度區(qū)的橋梁進(jìn)行，設(shè)計(jì)師首先就應(yīng)該考慮到橋梁的結(jié)構(gòu)抗震性能，并且針對于橋梁的設(shè)計(jì)做出一個(gè)更加宏觀的調(diào)控。首先應(yīng)該分析已經(jīng)建成了的橋梁的具體抗震設(shè)計(jì)原理以及針對于其抗震能力進(jìn)行計(jì)算，總結(jié)各個(gè)橋梁各自的優(yōu)勢，從而建立一個(gè)正確的抗震計(jì)算方法[1]?？偟膩碚f，橋梁的震害從上到下依次可以體現(xiàn)為3個(gè)方面的內(nèi)容，分別是主梁的震害、支座的震害以及橋墩的震害。

1.1 主梁震害

在高烈度區(qū)地震對于橋梁主梁的震害主要可以體現(xiàn)為3個(gè)方面：①順橋向位移。②橫橋向位移。③平面旋轉(zhuǎn)。這3種現(xiàn)象的主要的原因是由于墩臺頂處的支撐面比較窄小，沒有能夠提供一個(gè)非?？煽康募s束裝置，為了能夠盡可能的避免出現(xiàn)主梁震害的情況，減輕主梁震害的程度，針對于高烈度區(qū)的橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該盡量的加強(qiáng)整體的連接性，而這種連接也應(yīng)該使用帶上下鋼板的橡膠支座。

1.2 支座震害

導(dǎo)致支座出現(xiàn)震害的主要原因包括4個(gè)方面：①部分大橋的支座形式存在著一定的設(shè)計(jì)缺陷。②制作支座的材料其實(shí)本身存在著一定的質(zhì)量問題，在制作初期沒有能夠把控好進(jìn)場材料的質(zhì)量，所以在后期使用過程當(dāng)中也會(huì)存在著安全問題。③在為橋梁進(jìn)行支座選取時(shí)，并沒有充分考慮支座的具體抗震需求，沒有跟周邊的環(huán)境進(jìn)行有機(jī)融合。④支座的連接以及支擋等的構(gòu)造措施存在著不足點(diǎn)，因?yàn)橐陨系倪@些原因，所以導(dǎo)致支座出現(xiàn)了震害的情況，支座震害的主要形式則可以分成5個(gè)方面，分別為支座的移位、錨固螺栓被拔出、支座被剪斷、活動(dòng)支座脫落和支座的自身構(gòu)造遭到了破壞。所以為了有效避免上述情況的發(fā)生，在針對支座進(jìn)行設(shè)計(jì)以及制作的時(shí)候，應(yīng)該針對于支座的錨栓以及防震板等進(jìn)行相關(guān)的研究，使其具備足夠的抗震強(qiáng)度。

1.3 橋墩震害

橋墩是一座橋梁的主要支撐，同樣也是橋梁一個(gè)非常重要的構(gòu)件，對于橋梁能夠起到穩(wěn)定的作用，橋墩的震害主要可以體現(xiàn)為兩個(gè)方面，分別是剪切的破壞以及彎曲的破壞。而導(dǎo)致出現(xiàn)這兩方面破壞的主要原因是橋墩抗堿強(qiáng)度不足或墩筋配置不足。為了有效減輕橋墩的震害程度，橋梁的設(shè)計(jì)者應(yīng)該針對整體的橋梁設(shè)計(jì)進(jìn)行明確的計(jì)算，并且計(jì)算出地震力的具體傳遞路徑，在最大程度上來有效地避免出現(xiàn)震害的情況。

2 橋梁抗震設(shè)計(jì)的主要原則

在橋梁的抗震設(shè)計(jì)當(dāng)中，針對于橋梁的各個(gè)部分要求應(yīng)該隨著每一個(gè)工程的具體情況而變化，但是總的角度就是高規(guī)格的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及高規(guī)格的橋體延性。針對于地震的時(shí)候?qū)τ跇蛄核斐傻慕Y(jié)構(gòu)震動(dòng)產(chǎn)生的影響，在抗震設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)該盡量的將橋梁的地基傳入橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量削弱到最低，減少其對于橋梁所產(chǎn)生的傷害，同時(shí)也應(yīng)該確保橋梁的設(shè)計(jì)具有相應(yīng)的強(qiáng)度以及剛度，只有這樣才能避免出現(xiàn)嚴(yán)重的破壞。

從橋梁的總體強(qiáng)度以及其延性這兩個(gè)角度出發(fā)，在不增加橋梁的重量、不降低其剛度的條件下，提升橋梁整體抗震性能是非常的有必要的。這是因?yàn)樵诘卣鸬倪^程中，當(dāng)?shù)貙拥恼饎?dòng)傳遞到橋梁時(shí)會(huì)導(dǎo)致橋梁的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生周期性反復(fù)變形。在橋梁抗震設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，應(yīng)該結(jié)合各個(gè)構(gòu)件的強(qiáng)度的不同來構(gòu)建橋梁在地震時(shí)的整體性形式反應(yīng)，確保橋梁不會(huì)出現(xiàn)脆性破壞，從而保證其良好的抗震性能。我國的橋梁的抗震設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，基本上都是遵守強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎以及強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件的主要設(shè)計(jì)思想，通過不同的構(gòu)件之間的強(qiáng)度區(qū)別，就可以最大限度確保橋梁地震時(shí)具備非常好的抗性。

3 實(shí)例研究：高烈度區(qū)裝配式橋梁抗震強(qiáng)度的計(jì)算

3.1 項(xiàng)目背景

東川區(qū)隸屬云南省昆明市，東鄰會(huì)澤，南接尋甸，西連祿勸，北與四川省會(huì)東縣隔金沙江相望，距離昆明市區(qū)150km，素有“鐵膽石之鄉(xiāng)”和“天南銅都”的美譽(yù)。東川作為云南省四個(gè)資源枯竭型城市（東川、個(gè)舊、開遠(yuǎn)、宣威）之一，為工礦型城市，在新的發(fā)展時(shí)期，應(yīng)該以延伸礦產(chǎn)品深加工鏈，提高資源附加價(jià)值，同時(shí)鼓勵(lì)其他非礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從而培育新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。

東川作為“資源型城市轉(zhuǎn)型”與“西部大開發(fā)”兩大戰(zhàn)略東西互動(dòng)的交織點(diǎn)，當(dāng)前的形勢對其今后的發(fā)展極為有利，并已引起國內(nèi)經(jīng)濟(jì)界的關(guān)注，同時(shí)也可能得到高層領(lǐng)導(dǎo)的注意。這為推動(dòng)?xùn)|川的改革與發(fā)展提供了非常難得的機(jī)遇。

隨著東川“五路一橋”規(guī)劃及滇中城市群的發(fā)展，東川區(qū)在內(nèi)外因驅(qū)動(dòng)下，勢必將成為出滇入川的重要交通樞紐，以發(fā)展工業(yè)產(chǎn)業(yè)、旅游產(chǎn)業(yè)為主的昆明北部次區(qū)域中心。近年來，加快城區(qū)改造和新區(qū)建設(shè)是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，加快和諧社會(huì)建設(shè)步伐的一項(xiàng)主要工作。以此推進(jìn)城市北擴(kuò)步伐，加快城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程。道路建成后，城市的道路網(wǎng)絡(luò)將更加完善，城市的功能將更加配套，城市品位將有很大的提高，有利于城鄉(xiāng)規(guī)劃進(jìn)一步完善，城鎮(zhèn)建設(shè)蓬勃發(fā)展，城鄉(xiāng)建設(shè)管理進(jìn)一步完善。

3.2 項(xiàng)目定位

本次施工圖設(shè)計(jì)的范圍如下：東川區(qū)金沙路建設(shè)項(xiàng)目，起點(diǎn)接現(xiàn)狀集義路，從南向北延伸，與七條規(guī)劃道路分別平面相交后，止于機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院東側(cè)現(xiàn)狀道路。道路全長1.604km，雙向4車道，路幅寬度30m，設(shè)計(jì)速度40km/h，為城市主干道。

東川區(qū)金沙路建設(shè)項(xiàng)目于K0+328處設(shè)置橋梁一座，金沙路大橋左幅起點(diǎn)號K0+143、止點(diǎn)樁號K0+513，橋梁全長370m；右幅起點(diǎn)樁號K0+113、止點(diǎn)樁號K0+483，橋梁全長370m。

3.3 工程概況

金沙路大橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土簡支小箱梁，橋面連續(xù)；左右幅采用非對稱布置，左右幅跨徑組合均為3×30m+3×30m+3×30m+3×30m；橋梁中心樁號：K0+328，左幅起點(diǎn)樁號K0+143，終點(diǎn)樁號K0+513，全長370m；右幅起點(diǎn)樁號K0+113，終點(diǎn)樁號K0+483，全長370m；本橋平面分別位于直線（起始樁號：K0+113，終止樁號：K0+245.054）、緩和曲線（起始樁號：K0+245.054，終止樁號：K0+295.054，參數(shù)A：173.205，左偏）和圓曲線（起始樁號：K0+295.054，終止樁號：K0+513，半徑：600m，左偏）上，橋面橫坡為雙向1.5%，縱斷面縱坡2.4%；墩臺徑向布置。

上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土（后張）簡支小箱梁，橋面連續(xù)；下部結(jié)構(gòu)橋臺采用重力式橋臺、承臺樁基礎(chǔ)，橋墩采用矩形蓋梁柱式墩接承臺樁基礎(chǔ)。

橋面布置：2.5m（人行道）+10m（車行道）+0.5m（防撞護(hù)欄）+1m（中分帶）+0.5m（防撞護(hù)欄）+10m（車行道）+2.5m（人行道）＝27m。

3.4 橋梁的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

金沙路大橋的車輛荷載為城-A級，其人群荷載需要按照城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范來進(jìn)行取值，整體的地震設(shè)防裂度設(shè)為九度，其地震加速度值是0.40g，橋梁的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年，整體的安全等級是Ⅰ級。

3.5 橋梁的技術(shù)以及特點(diǎn)分析

金沙路大橋所在位置地震基本烈度是Ⅸ度，建筑場地為二類，橋梁的最大墩高是34m，屬于非常少見的一種高烈度區(qū)非規(guī)則的橋梁，對于地震的抗震設(shè)計(jì)要求會(huì)非常的高。在通過針對于整體的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步的抗震設(shè)計(jì)分析之后，發(fā)現(xiàn)E2地震下橋梁底部的最大彎距能夠達(dá)到1.05×105kN·Mn，無法滿足E2地震作用下結(jié)構(gòu)承載力以及位移的相關(guān)要求，單純的增加橋墩尺寸，很明顯是不經(jīng)濟(jì)也不提倡手段，所以說有必要采取其他的一些方法。

總的來說，針對于金沙路大橋進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，思路就是需要采用減隔震支座或者是全橋一聯(lián)。因?yàn)楸緲虻臉蚨帐潜容^高的，而且整體的橋墩柔度會(huì)比較大，主梁跟橋墩可以使用墩梁固結(jié)這樣的形式。地震的作用影響下，每一聯(lián)的結(jié)構(gòu)都能夠做到整體受力，所以說使用減隔震支座在本次工程當(dāng)中是非常不合適的，而全橋一聯(lián)也很難真正的滿足支座不均勻沉降以及溫度作用等一系列受力要求。綜上所述，本次橋梁施工當(dāng)中所使用的是新材料屈曲約束支撐來對其進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

3.6 技術(shù)創(chuàng)新

屈曲約束支撐指的就是由芯材、約束芯材屈曲的套筒和位于芯材以及套筒之間的無粘結(jié)材料，包括填充材料來共同構(gòu)成的。它能夠做到承受拉以及壓的力量，屬于一種結(jié)構(gòu)性的構(gòu)件，可以使用在消能減震當(dāng)中。芯材由屈服段，過渡段以及連接段共同構(gòu)成，屈曲約束支撐已經(jīng)成為我們國內(nèi)在進(jìn)行抗震減災(zāi)過程當(dāng)中使用的一種新型的技術(shù)，主要可以使用在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)當(dāng)中，具有著安裝方便而且設(shè)計(jì)靈活等一系列的特點(diǎn)，而且使用這樣的方法是不會(huì)影響到建筑的整體美觀以及整體應(yīng)用的。

在本次橋梁的設(shè)計(jì)當(dāng)中，通過使用midas，針對整體的結(jié)構(gòu)計(jì)算進(jìn)行了對比以及分析，和不設(shè)置屈服約束支撐相比，E2地震下蹲的彎距減小了約30%，從而可以減少下半部分結(jié)構(gòu)的工程量，增強(qiáng)整體的結(jié)構(gòu)抗震性能。

3.7 屈服約束支撐在東起路大橋當(dāng)中的具體應(yīng)用

金沙路大橋所處的位置的基本烈度是Ⅸ度，站在抗震設(shè)計(jì)的角度上面來看，希望全橋能夠作為一個(gè)整體受力，也就是九孔一聯(lián)，但是基礎(chǔ)為摩擦樁，而且整體全橋的長度為327m，因?yàn)槌霈F(xiàn)了不均勻的沉降的影響，結(jié)果很難真正的滿足于受力要求。在該橋梁當(dāng)中，一共分為兩聯(lián)，在0號臺，5號墩以及9號臺的位置設(shè)置了屈曲約束支撐，使整個(gè)組合可以滿足于受力要求，同時(shí)在地震的作用影響下，讓橋梁變成一個(gè)整體受力，這樣是具有耗能作用的，由此便可以看出屈曲約束支撐可以有效的改善地震作用下的橋梁的受力狀態(tài)，增加橋梁的抗震性能，因此可以有效的減少橋梁的下部結(jié)構(gòu)工程量，具有著非常明顯的經(jīng)濟(jì)效益。一般來說，高烈度地區(qū)的橋梁在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，如果只是使用常規(guī)的結(jié)構(gòu)，很難真正的滿足于抗震的設(shè)計(jì)需求，本次所研究產(chǎn)品的意義不僅在于節(jié)省了整體的工程量，同時(shí)也能夠讓常規(guī)結(jié)構(gòu)可以真正的滿足于高烈度區(qū)的抗震需求，所以說就有著非常廣泛的應(yīng)用前景。

3.8 橋梁的抗震計(jì)算方法

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，規(guī)則橋梁以及非規(guī)則橋梁的地震響應(yīng)有著非常大的不同點(diǎn)，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們首先需要判斷橋梁的規(guī)則性，依據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》來針對其進(jìn)行研究[2]。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要保證其承載力能夠滿足于要求，地震動(dòng)輸入方向?qū)τ谡w的橋梁破壞就有著非常明顯的方向性，本次所研究的橋梁是直線橋梁，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，一般來說是順橋向控制設(shè)計(jì)，所以說在進(jìn)行抗震計(jì)算的時(shí)候，可以使用順橋向抗震計(jì)算。通過針對于橋梁的性能的判斷，利用反應(yīng)譜方法來對其進(jìn)行抗震分析。

利用反應(yīng)譜來對橋梁的抗震進(jìn)行分析的時(shí)候，我們首先需要確定好結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖，然后再通過動(dòng)力學(xué)的分析，求出結(jié)構(gòu)的基本周期以及相應(yīng)的震型，這樣就能夠有效的確定其地震力[3]。板式橡膠支座的連接上下部分結(jié)構(gòu)以及橋墩受到了上部結(jié)構(gòu)的約束，支座會(huì)因?yàn)榈卣鸪潭鹊牟煌a(chǎn)生不同程度的破壞，除此之外梁也會(huì)出現(xiàn)縱橫向的位移，所以說在本篇文章當(dāng)中倡導(dǎo)的就是利用屈曲約束支撐來有效的改善橋梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。

4 結(jié)語

綜上所述，我國Ⅵ度以及以上地震烈度區(qū)域能夠達(dá)到國土總面積的79%，Ⅷ度及以上的高地震烈度區(qū)域能夠達(dá)到8%，這類區(qū)域往往對于橋梁的抗震設(shè)計(jì)會(huì)提出更加高的要求，而為了能夠確保裝配式的橋梁可以在高地震力度區(qū)域抗震設(shè)計(jì)質(zhì)量達(dá)標(biāo)，圍繞高烈度區(qū)裝配式橋梁的抗震進(jìn)行計(jì)算是非常有必要的。在本篇文章當(dāng)中以實(shí)際工程對其進(jìn)行了研究，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)工程提供一定的幫助。