山區重載公路的橋梁設計及隔震設計分析

駱春雨，張連斌

（天津市市政工程設計研究院，天津市 300051）

山區重載公路的橋梁設計及隔震設計分析

駱春雨，張連斌

（天津市市政工程設計研究院，天津市 300051）

山區公路建設在促進山區經濟發展、改善山區居民生活質量方面具有重要意義。在實際施工過程中，由于山區地理環境的特殊性，自然災害頻發，以及重載車輛的影響，導致公路壽命不長，為了延長公路使用年限，需要做好重載公路橋梁的設計工作。基于此，對山區重載公路橋梁設計及隔震設計進行探討，有關經驗可供相關專業人員參考。

山區重載公路；橋梁設計；隔震設計

0 引言

我國是一個多山國家，山區面積占我國國土總面積超過70%，其主要位于我國西部，山區的地形結構和地質情況總體較為復雜，自然災害多發。隨著我國經濟水平的不斷提升，基礎設施已經成為了我國經濟發展的重要因素，因此公路建設速度進一步加快，山區的大量資源也得到機會運送出來。而為了進一步加快山區的經濟發展，充分發揮自身的地區優勢，為東部地區的經濟發展提供更多的能源產品，進而為我國的經濟發展給予更大的支持。

1 山區重載公路橋梁上部的結構設計

由于山區部位地形地勢變化較大，在公路建設過程中橋梁建設占據著極為重要的位置，但是絕大多數橋梁跨度較小，因此在實際建設過程中其具有施工快速簡便、整體造價較低的特性，在實際施工過程中完全可以借助預制化構建進行施工。

在橋梁的實際設計過程中必須根據公路周邊的地形、地質以及自然環境展開綜合性分析。在下文則對簡支預應力混凝土空心板、先簡后支連續預應力混凝土組合箱梁以及先簡支后連續預應力混凝土T梁三種不同橋梁建設結構進行深入分析，說明其在橋梁上部結構設計過程中具有的基本特點。

（1）當前的橋梁建設過程中簡支預應力混凝土空心板施工技巧已經極為成熟，其實際施工也較為便捷，而該種施工方式主要應用于地勢較為平緩的地段，實際填土跨徑不超過15m。在山區的橋梁建設過程中往往受到地形的制約使得跨徑和高度比例嚴重失衡，在影響橋梁美觀性的同時，極大地增加了橋墩的數量，使得工程建設成本極大提升。

（2）橋梁跨徑為20～30m時則應當使用先簡支后連續預應力混凝土組合箱梁施工技術，該種施工方式具有整體造價低廉，便捷性高等特性，是當前山區橋梁建設過程中最為常見的一種橋梁結構。這種跨度的橋梁結構與其它兩種橋梁結構有所不同，其橋形結構較為美觀，受力特性也遠超于其他橋形結構，橋墩的數量較為適合，在實際施工以及后期的養護過程中投入的費用較少。在實際施工過程中可以通過架橋機進行橋梁安裝，然后直接在已經澆筑完成的橋面上進行施工，該種方式能夠極大地減少工程建設對公路沿線產生的環境影響。

（3）橋梁結構超過30m時，則應當使用先簡支后連續預應力混凝土T梁結構。在山區公路建設過程中將會受到路面半徑較小的影響，常常會出現超高緩和路段，倘若選用混凝土空心板和箱梁組合的結構，則難以準確掌握橋梁架設支點的平衡性，常常會出現橋梁受力失衡和支座脫落的現象[1]。因此在實際施工過程中必須展開橋梁設計的深入研究，準確了解橋梁建設過程中的影響性因素，從而保證山區公路建設的基本質量，見表1。

表1 山區重載公路橋梁上部的適用梁型統計表

在設計重載公路橋梁路面時，要對輪胎荷載進行計算。目前，我國當前的設計規范主要使用圓中心距、雙輪雙圓等于三倍的接地半徑、接地壓力為0.7MPa的標準荷載圖。此計算荷載圖只可以用來對正常荷載情況下的車輛進行表述，無法代表重載車輛對路面造成的影響。研究證明，使用下述公式軸載計算方法更適用于山區重載公路，可以體現出軸重增加的情況下，輪胎接地面積和輪胎壓力的變化規律。力學圖式見圖1。

圖1 按比利時式得p

式中：A是指輪胎接地面積，cm2；P指的是單個輪胎的荷載，N。

2 山區重載公路橋梁下部的結構設計

在橋梁的下部結構設計過程中必須滿足上部結構的受力需求，同時保證橋梁外形結構上下的協調。下文主要通過橋墩、基礎以及橋臺形式對橋梁的下部結構設計進行詳細說明。

2.1 橋墩結構的選擇

通常情況下，橋梁跨度超過20m時橋墩高度通常不會超過15m，倘若橋梁跨徑超過25m則應當保證橋墩高度為12～20m，跨徑為30m的橋梁橋墩高度則應當為18～30m，倘若橋梁跨徑為40m時則應當保證橋墩高度為24～40m。在山區建設的橋梁中橋墩主要分為兩種，即柱式墩和空心墩。在山區公路建設過程中大量使用的柱式橋墩自身重量較輕，外觀輕盈，整體結構穩定，施工較為簡單，而該種橋墩結構能夠適用于不同類型的橋梁建設，具有極強的靈活性。另外，由于山區公路橋梁跨越大量深溝山谷，往往會和溪水河流交錯進行，因此倘若使用柱式橋墩將會極大減少對溪水河流的水流的干擾，保持公路沿線的原有環境特色，因此在較為干旱的西北部地區使用該種橋墩最為合適。而另一種橋墩結構空心薄壁墩比柱式墩美觀性更強，但是實際施工的復雜性大大提升，因此在山區公路建設過程中使用較少。倘若在實際施工過程中存在坡度較為陡峭的地勢則可以有效發揮空心薄壁墩的基本優勢，只需要建設一個支架和一套模板便可以完成施工。

2.2 基礎建設方式的選擇

在山區進行公路建設時地質條件基本都能夠滿足橋梁建設的基本要求，但是在部分地質條件較差的地段，則應當綜合考慮地質條件、工程造價以及對環境影響等多種因素，選擇適當的基礎建造方式。通常來說，當地面坡度較小、巖層埋深較淺時，易采用擴大基礎，當地形結構復雜、巖層埋深較深時，易采用灌注樁基礎。

2.3 橋臺形式的選擇

在進行山區公路建設過程中通常會采用重力式U型臺，肋板式橋臺以及樁柱式橋臺等幾種形式。其中重力式U型臺對于施工當地的地基承載能力要求極高，所需要的混凝土澆筑量極大，而臺前不存在溜坡，有效減少了橋孔的基本數量。而使用范圍較廣的肋板式橋臺要求橋梁高度不能超過12m，因此在實際使用過程中受到了極大地限制[2]。樁柱式橋臺推抗強度較小，當聯長長度較長時其適用性將會大大降低，因此通常要求臺后填土的高度不超過5m，聯長不應當超過150m。而因為山區地形縱向坡度較大，通常不可以使用錐坡，因此在使用樁柱式和肋板臺時會受到較大限制。

3 重載公路橋梁的隔震設計

3.1 山區橋重在載公路橋梁隔震設計的基本原理

隔震是利用隔震體系，設法阻止地震能量進入主體結構。山區橋梁隔震設計的最終目的在于降低地震對橋梁結構產生的影響作用，增強橋梁結構的柔韌性，弱化橋梁不同構造之間的水平關聯，最終在地震來臨時減少地震對橋梁的損害作用。橋梁設計中的阻尼作用見圖2，該種結構能夠最大限度的消耗地震產生的能量，提升橋梁穩固性。而在實際設計過程中借助相關知識進行綜合性考量，保證所有部件都能夠形成較強的可塑性和彈性，最終通過精細計算和設計保證橋梁具有較強的隔震性能。

3.2 隔震裝置的選擇

當前來說，我國的橋梁隔震裝置主要包括以下幾種：隔震支座、阻尼器、柔性橋墩以及隔震支座等。其中鉛芯橡膠支座的隔震效果最為明顯。在實際設計過程中應當根據橋梁橋墩的實際高度進行橋墩水平高度的計算，然后選擇適合的隔震支座。當地震發生時，倘若橋墩剛度過大則會優先對其形成剪切破壞，因此在進行橋墩選擇時應當盡可能選擇柔性較強的橋墩，盡可能減少橋墩的直徑。而在實際的橋墩設計過程中必須以減隔震設計為主，延性設計為輔，有效避免橋墩早于隔震支座出現屈服，見圖3、圖4。

圖2 阻尼示意圖

圖3 鉛芯橡膠支座基本構造

圖4 鉛芯橡膠支座的滯回曲線

3.3 強化橋梁隔震過程中附屬構造的基本作用

在橋梁隔震設計過程中，通過對橋梁裝置、限位裝置的深入分析發現，大量附屬結構將會對橋梁的隔震作用產生較大影響，因此在實際設計過程中應當加強對附屬結構的研究，對橋梁的抗震能力進行準確評估，同時保證橋梁附屬結構能夠和橋梁形成整體，最終保證橋梁建設的基本質量。

3.4 隔震計算方式的選擇

在橋梁隔震設計過程中應當選擇適合的計算方法。目前國際上橋梁抗震計算主要有三種方法。

靜力法：把結構在地震時的動力反應看作是靜力反應，忽略了地面運動特性與結構動力特性，具有局限性，目前很少采用。

反應譜法：能夠反映地面運動和結構的動力特性的相互作用，適用線彈性結構體系，無法準確反映結構非線性狀態下的地震反應，適用于山區公路中小跨度橋梁抗震計算。

時程分析法：可以精確地考慮地基和結構的相互作用、各種非線性因素以及分塊阻尼等問題，適用于山區公路大跨度橋梁抗震計算。

4 結 語

總而言之，在進行山區重載公路設計時，要根據公路的具體情況選用合理的結構。為了保證公路橋梁的抗震性、可靠性和安全性，還需要做好隔震設計工作，調整橋臺和橋墩的水平分配情況，降低地震對橋梁上部結構的影響，延長山區公路橋梁的使用壽命。

[1]劉延芳,葉愛軍.減隔震技術在橋梁結構中的應用[J].世界地震工程,2008,24(2)：131-137.

[2]聶肅非.連續梁橋橡膠鉛芯隔震支座力學研究及應用[D].湖北武漢：華中科技大學,2010.

[3]楊德喜.RB隔震連續梁橋若干問題研究[D].湖北武漢：華中科技大學,2006.

U442

：A

：1009-7716（2017）02-0086-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.02.025

2016-11-01

駱春雨（1980-），男，天津人，高級工程師，從事橋梁設計工作。