基于公路橋梁結構抗震設計研究

張珍珍 馮曉慶

周口市公路勘察設計院

基于公路橋梁結構抗震設計研究

張珍珍 馮曉慶

周口市公路勘察設計院

在公路橋梁工程建設中，抗震設計是具有實用性的重要環節，其設計質量的優劣對公路橋梁工程的使用性能及抗震能力將起到關鍵性的作用，如設計不符合施工要求，會造成極大的人員傷亡及財產損失。做好抗震設計工作是確保公路橋梁工程施工質量的重要保障，在公路橋梁工程施工中，要求該工程具有良好地抗震性、穩定性。由此可見，抗震設計在公路橋梁工程施工中具有重要意義。

公路橋梁；抗震設計；參數；要點

一、公路橋梁主要震害現象及原因分析

1、震害現象

從早期歷次破壞性地震中，調查得到的公路橋梁主要震害現象可以總結為以下幾類：

(1)上部結構的墜毀、落梁現象在早期的破壞性地震中常有發生。從梁體下落的形式看，順橋向的占絕大多數。梁在順橋方向發生墜落時，梁端撞擊橋墩側壁，給下部結構帶來很大的破壞。據此認為，最危險的地震作用方向來自于順橋方向。

(2)支承連接部位的破壞、橋梁支座、伸縮縫和掛梁懸掛節點等支承連接部位歷來被認為是橋梁結構體系上抗震性能比較薄弱的一個環節，在早期歷次破壞性地震中，支承連接部位的震害現象都極為普遍。

(3)下部結構的破壞、墩、臺嚴重的破壞現象包括倒塌、斷裂和嚴重傾斜；對鋼筋混凝土橋墩，其它破壞現象還包括墩柱輕微開裂、保護層混凝土剝落、縱向鋼筋屈曲和斷裂等。基礎自身的破壞現象則較少發現，其震害的主要形式表現為基礎沉降、滑移等。上部結構墜毀極少是源于直接的地震動力效應，而是源于支座失效和下部結構的失效。下部結構失效的直接起因，早期最普遍的是源于地基液化或岸坡失穩，也有部分源于自身強度的不足。

2、震害原因分析

(1)設計方法上的缺陷。對近期幾次破壞性地震的調查表明，遭受嚴重破壞的橋墩都是采用基于線彈性理論的強度設計原理進行設計的。在這種設計方法中，唯一考慮的因素只有靜態的“力”，而沒有考慮“變形能力”和“耗能能力”。這就導致鋼筋混凝土墩柱在強烈地震動作用下，往往因設計彎曲延性不足或塑性鉸區設計抗剪強度不足而彎剪破壞或剪切破壞.

(2)細部構造方面的缺陷。細部構造方面的缺陷包括橫向箍筋數量不足和間距過大，因而不足于約束混凝土和防止縱向受壓鋼筋屈曲，縱向鋼筋和橫向箍筋錨不足導致粘結失效，以及主筋采用搭接或焊接接頭沒有錯層等。細部構造方面的缺陷對橋梁結構抗震性能的不利影響，早已被橋梁震害實踐所反復證明。另外蓋梁和節點破壞的原因類似于墩柱破壞，也主要源于設計方法和細部構造兩方面的缺陷。

二、公路橋梁抗震設計的參數

隨著科學技術水平的不斷提升，我國橋梁結構設計也越來越完善，抗震設計作為橋梁結構設計的重要組成部分，其主要參考參數主要有3個方面：剛度、強度及延性。

1、剛度

在地震側向力作用下位確保結構變形計算的準確性和可靠性，必須對其變形情況進行有效控制，這種情況下，相關工作人員必須將實際結構剛度準確估算出來，這個量值可以將荷載、作用力及結構變形進行緊密連接。公路橋梁結構剛度估算值對結構地震反應位移預期值具有關鍵性的作用。

2、強度

結構強度是否符合設計規定對地震破壞程度具有關鍵性的作用，較高的強度可以保證在地震作用下公路橋梁免遭損壞，并在其彈性地震反應中所出現的內力進行有效抵抗。這種方式如應用在普通橋梁設計中，將大大增加成本，造成極大浪費。基于此，在實際抗震設計中，強度一般都會選用彈性地震力25%到50%之間的一部分，同時依靠結構中的非彈性變形能力，增強公路橋梁的抗震能力。

3、延性

為將地震破壞能力降到最低值，避免公路橋梁遭到極大損壞。在地震作用下，如橋梁出現變形等情況，此時應確保其能對大部分初始強度進行維持。在非彈性反應范圍內，結構、構件及材料可以對其變形情況進行抵抗，這種情況下都會選用延性進行表述。作為地震地段公路橋梁結構必備的重要特征，延性有助于在地震中橋梁結構免于破壞，主要原因就是地震對公路橋梁結構的作用是以運動方式出現，而不是力的方式。

三、公路橋梁結構抗震設計要點分析

抗震設計理念應該貫穿在整個橋梁結構的設計過程中，從設計方案選擇上注重橋梁的抗震性能，通過反復的實驗和推敲來確定橋梁設計的方案。

1、上部結構抗震設計

在公路橋梁抗震設計中，其上部結構及截面形式，必須遵循跨徑多少進行準確確定。當公路橋梁具有較大跨徑時，其截面必須選用箱型，這種結構的抗震能力較強，同時還具備良好的抗扭剛度。據相關數據顯示，為增強橋梁的抗震能力，對其上部結構的整體性不斷增強、對其位移進行有效限制，都是增強其上部結構抗震能力的主要方式。

2、下部結構抗震設計

在公路橋梁抗震設計中，應在地基較為穩定的地方進行橋臺布設，其下部橋臺結構應選用U形或T形。在延性方面，鋼筋混凝土橋墩相比石砌或混凝土預制塊砌筑的橋墩延性要好很多，同時在截面方面，空心截面橋墩比實心截面橋墩延性要好，基于此，在具體施工設計中，應優先選用空心截面的鋼混結構橋墩，同時依據橋墩高度的多少進行上部結構與下部結構合理聯接方式的選擇。

3、連接件的抗震設計

在橋梁抗震設計中，其整體抗震性能最薄弱的一個環節就是連接件，如支座和伸縮縫等，在伸縮縫位置多發生梁體位移等情況，基于此，在橋梁抗震設計中必須將伸縮縫數量盡可能地減少。在伸縮縫選用中，必須使其變形能力對預計地震發生的位移情況進行有效滿足，確保有充足的寬度存在于伸縮縫支承面上，并將限位器、剪力鍵橡膠支座在其上面進行設置，確保其具有相應的能量消除作用。

四、結束語

綜上所述，隨著社會經濟的不斷發展，路橋工程作為我國基礎建設中的一項重要建設項目，其抗震設計質量是否良好直接關系著工程的整體質量。在公路橋梁工程建設中相關部門必須嚴格按照每一道工序的規范要求，對各環節質量嚴格把關，做好抗震設計工作，確保整體工程施工質量達到合格水平，并努力實現創優目標。因此，我們必須加快研究，不斷采用新技術、新工藝，改善工作條件，提高工作效率，促使路橋工程事業的快速發展，為國民經濟的增長奉獻一份力量。

[1]廖哲；李岳桃.雅瀘高速公路橋梁抗震設計與應用[J]；湖南交通科技；2010年04期

[2]胡兆同；劉健新；薛曉鋒.公路橋梁抗震能力靜態參數及構造措施的調查研究[J]；公路；2016年10期