高震區中小跨橋梁下部結構標準化設計方法

唐學軍

（甘肅省交通規劃勘察設計院有限責任公司，甘肅蘭州 730030）

0 引 言

由于地震參數、地形、地質條件等存在諸多不確定性因素，下部結構通用化難度較大，國內各設計院均未形成完善的下部結構通用圖。本文以蘭州市南繞城高速公路為例，在繼承現有研究成果的基礎上，進一步研究并推行高震區中小跨度橋梁的標準化設計。

1 細分場地類別、制定相適應的下部結構通用圖

蘭州市南繞城高速公路地質以黃土、砂巖和泥巖為主，該路前40 km黃土覆蓋層較厚，地質條件較差，場地類別為Ⅲ類；40 km以后黃土覆蓋層較薄，樁基多嵌入中風化巖層，場地類別為Ⅱ類，Ⅱ類場地特征周期0.5 s，Ⅲ類場地特征周期0.7 s。

場地類別對結構受力影響較大，中下跨預制小箱梁橋結構自振周期處于反應譜曲線下降段，特征周期對地震力的影響呈指數規律變化。根據有限元分析結果，Ⅲ類場地地震力水平較Ⅱ類場地大2倍以上，動峰值加速度0.2 g的Ⅲ類場相當于動峰值加速度0.3 g的Ⅱ類場地地震力水平，兩種場地類別下部結構所需布置的鋼筋相差較大，見圖1。因此，南繞城高速公路根據兩種場地類別編制了兩套下部結構設計通用圖。

2 橋梁孔跨布置思路

圖1 加速度反應譜曲線

蘭州市南繞城高速公路大部分橋梁跨越V形溝谷，對于跨越V形溝谷的長聯橋可通過支座高度和形式變化，有效調整各墩剛度，不僅結構對稱性好，而且可獲得更好的結構動力性能。若在高墩處分聯，并不能解決橋墩高差較大的問題，反而使結構不對稱；同時，聯端高墩因需設置滑板支座而降低了墩頂約束，使高墩長細比加大，劣化了其受力狀況。因此，對于跨越V形溝谷的長聯橋適宜采用一聯設置。

其余地形橋梁可根據墩高、地形及地質條件合理布孔、分聯，聯長一般不超過180 m為宜，30 m跨小箱梁同一聯孔數不宜超過6孔，40 m跨小箱梁同一聯孔數不宜超過4孔。盡量保證結構的對稱性，橋墩剛度宜較為接近，若同一聯墩高差別較大，可通過支座形式選擇調整各墩剛度。

3 減隔振約束體系研究

由于蘭州市南繞城高速公路全線位于Ⅷ度高震區，動峰值加速度為0.2 g，橋梁設計時根據聯長、墩高、縱坡等選擇高阻尼、水平力分散型、滑板橡膠、摩擦擺、固定盆式支座等多種形式的支座，形成了完善的減隔振體系，提高了結構抗震和正常使用性能，增強了橋梁抵抗罕遇地震的能力，使中、小跨橋梁減隔振設計水平逐級走向成熟。本項目雖然采用的支座形式較多，但每種支座各有所用，且支座本身為成品，容易購買。

對于高墩橋梁，為使橋梁具有適宜的縱向剛度，應結合溫度效應和抗震計算結果，將中間墩設置為墩梁剛性連接。墩梁剛性連接采用固定盆式支座實現，以方便更換同聯非墩梁剛性連接的支座。當橋梁縱坡大于2%，而橋墩較低，不能采用墩梁剛性連接時，每聯在中間墩設置一個摩擦擺盆式支座，正常使用及小震時發揮固定墩作用，防止沿下坡方向產生累積變形，大震時固定螺栓剪斷，發揮擺效應，以降低地震效應。聯端采用四氟板式橡膠支座可滿足正常使用階段及地震作用下的變形要求，中間墩墩高大于10 m時支座剪切力較小，采用分散型板式橡膠支座可滿足變形需要；墩高小于10 m時采用抗剪切變形能力更強的高阻尼橡膠支座適應大震下變形需求。

4 蓋梁、墩柱精細化配筋設計

動峰值加速度0.2 g的橋墩蓋梁配筋受抗震控制，根據《公路橋梁抗震設計細則》的規定，蓋梁彎矩設計值應為恒載彎矩與墩柱屈服彎矩的組合值，在支點處蓋梁下緣需要按受力配筋，走出了以往在支點下緣隨意截斷主筋的誤區。

墩柱在滿足E1地震作用的情況下，墩柱配筋不宜過多，因為墩柱配筋越多，墩柱屈服彎矩越大，根據能力保護設計原理，樁基設計彎矩也隨之提高，相應的樁基配筋增多，導致在抗震設計水平不變的情況下提高了投資成本，所以墩柱配筋在滿足E1作用下配筋不易過多，人為地留有過大的安全儲備反而是不經濟的。

5 墩柱系梁間距的設置

墩柱系梁間距一般按7 m設置，根據近幾個項目的抗震研究結論，并結合其他設計院經驗，認為墩柱系梁間距按10～15 m設置為宜。由圖2、圖3可見，如果系梁設置過多，雖然彎矩變化不大，但由于多級框架效應會使墩柱形成較大的軸力差，可能將造成第1級（自地面向上為1、2……）墩柱出現拉力，使受壓為主的墩柱變成拉彎構件，按拉彎構件設計墩柱配筋必然增多。

6 V型黃土溝岸樁基設計

蘭州市南繞城高速公路穿越地區地形較為復雜，大多橋梁位于V型黃土沖溝，考慮黃土邊坡“滑動”的不利因素，相鄰墩間樁長不宜差別太大，通過合理設置樁長即可滿足樁基承載力要求，也可起“抗滑樁”的作用，見圖4。

圖2 墩柱彎矩（墩高30 m、系梁間距15 m）

圖3 墩柱彎矩（墩高30 m、系梁間距10 m）

圖4 小金溝大橋橋型布置圖

7 結語

2008年頒發的新橋梁抗震規范的抗震設計理念變化較大，由原規范“一階段設防理念”修改為新規范要求的“兩階段設防”理念，抗震要求也隨之提高，逐步向國際接軌。由于抗震理論的復雜，對抗震的認識也需要過程，目前，很多科研和設計單位對抗震的理解和執行仍處于逐步完善的階段。蘭州市南繞城高速公路施工圖設計階段根據不同的場地類別，制定了適用于Ⅱ類、Ⅲ類場地（動峰值加速度0.20 g）的兩套下部結構通用圖，在下部結構標準化方面取得了較大的進步。

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