淺析公路橋梁結構抗震設計的要點

杜 慧 平

(山西路恒交通勘察設計咨詢有限公司，山西 太原 030031)

淺析公路橋梁結構抗震設計的要點

杜 慧 平

(山西路恒交通勘察設計咨詢有限公司，山西 太原 030031)

公路橋梁工程中的抗震設計對于橋梁工程的質量影響比較大，也是非常關鍵的一項內容，直接影響公路橋梁能否正常使用，對于使用壽命的影響也是非常明顯的,主要針對公路橋梁中的抗震設計要點進行分析和研究。

公路橋梁，結構設計，抗震設計，要點

近年來我國的經濟發展迅速，高速公路橋梁主體結構在遭受了地震的影響之后被嚴重的破壞，這會造成巨大的經濟損失。如何選擇橋梁的抗震結構是保證其經濟性和高效率的關鍵，同時還會避免橋梁在地震中發生損壞，這就需要相關的研究人員運用先進的科學知識進行研發。

1 公路橋梁主要震害現象及原因分析

1.1震害現象

1)橋梁上部結構在地震中非常容易發生墜毀、落梁等早期的病害。經過長期的觀察發現，順橋向的墜落比較常見。當橋梁在順橋向發生墜落的時候，梁體的一側會直接與橋墩發生碰撞，嚴重的損壞了橋梁的下部結構。由此可見，地震中使得橋梁發生嚴重損壞的是順橋向。2)支撐連接部分發生了損壞、橋梁支座、伸縮縫以及掛梁指點等關鍵部分向來都是地震中極易發生損壞的結構部分，在觀察了早期的橋梁損壞之后，發現在支撐連接部分出現的震害現象最為明顯。3)橋梁下部結構出現嚴重的損壞,墩、臺等嚴重損壞使得橋梁發生倒塌、斷裂或者嚴重傾斜的情況；鋼筋混凝土橋梁的破壞主要體現在墩柱開裂、保護層脫落、縱向鋼筋彎曲或者斷裂等等，而基礎自身發生的損壞情況則不多見，該部分在地震的影響之下最容易出現沉降或者是滑動的情況。

1.2震害原因分析

1)設計結構中存在缺陷。深入的分析近期內的幾個破壞嚴重的地震之后發現，在較為嚴重的地震影響之下橋墩損壞嚴重，其在設計的過程中都是依據線性強度設計原理進行的。這種設計原理主要考慮的是靜載荷，而沒有將變形能力和耗能能力加入進去。這就導致了鋼筋混凝土墩柱在地震作用之后，會因為設計中的彎曲延性不足或者是塑性較弱而受到較強的剪切力而損壞其結構。2)細節結構中存在的缺陷。細節結構設計中的缺陷比如橫向鋼筋數量不足或者間距過大，這就導致鋼筋的束縛能力比較弱并且不具備預防縱向鋼筋彎曲的能力，縱向和橫向的鋼筋因為數量較少而無法形成較強的粘結性。細節設計中存在缺陷使得整體橋梁的抗震性能難以滿足要求，經過地震影響之后容易發生主體結構的損壞。

2 抗震設計原則

2.1體系的整體性和規則性

橋梁的整體性能要滿足抗震要求，上部結構是連續的。整體性的結構形式可以有效的防止一些結構部分在地震的影響之下直接掉落下來，這也是結構發揮空間作用的基礎條件。不管是平面還是立面中的結構設置都要保證尺寸、質量、剛度等滿足均勻性和整體性的要求。

2.2提高結構和構件的強度和延性

橋梁結構的地震損壞主要是因為結構發生振動而引起的，所以橋梁結構設計中要盡量的保證從地下傳遞的振動能量盡量減少，保證橋梁結構更具強度和延性方面的要求。剛度的選擇可以避免結構發生較大形變，同時強度和延性是結構抗震性能的兩個最為重要的參數。因為地震發生的振動是反復運動的，在結構設計的過程中還要充分的考慮到在反復運動影響之下剛度與強度發生退化效應。只保證結構強度而忽視了延性的設計是不符合實際使用需要的。

2.3能力設計原則

傳統的設計方法中認為，最為理想的設計是保證所有的結構部分都具備幾乎相同的安全性能，也就是整個工程中的結構設計不存在薄弱位置。但是因為結構中的所有構件對于整個工程的重要程度影響不同，并不能保證其具備相同的安全性，特別是抗震結構。能力設計思想主要是根據建筑工程中的具體要求來實現結構強度安全性的差異，也就是根據需要來設置不同結構構件的強度。

2.4多道抗震防線

應力圖使得橋梁具備多道抵抗地震的側向力體系，在較為強烈的地震影響之下，在一道抗震防線損壞之后還有第二道防線可以作為主體支撐結構存在。因此，在進行橋梁設計的過程中要根據需要進行多道抗震防線的設計。

3 提高結構抗震性能的方法

3.1隔震支座法

這種方法是目前橋梁抗震設計中使用比較普遍的一種方法，通過提升橋梁結構的柔性和阻尼的方式來降低地震對于橋梁的影響。具體的實施方法是通過減、隔震的支座將梁體與墩、臺進行連接，然后使用新型的工程材料來提高橋梁結構的柔性和阻尼。這種方法是經過了大量的實踐之后總結出來的，通過很多的試驗后發現，橋梁的連接處結構對于抗震影響是非常大的。上述的連接方法能夠大大降低橋梁在地震影響之下所產生的墩、臺水平受力，從而有效的降低了地震對于橋梁所產生的影響，提高了整體結構的抗震性能。

3.2采用橋梁延性控制方法

橋梁的延性是保證其具備一定抗震性能的關鍵方法。延性主要體現在橋主體結構或者材料對于強度沒有明顯降低之后所產生的非彈性變形能力。橋梁的延性可以通過其構造結構的截面曲率延性系數來進行計算。在允許存在塑性鉸時，因為橋墩自身具備一定的延性，通過適當的增強這一性能指標，在橋梁承受地震時，這些部分會因為存在延性塑性鉸而形成一定的彈塑性變形，并且可以適當的推延結構周期，同時可以分擔一定的地震能力。通過提升橋墩自身的延性指標，可以將地震力在一定的限度之內進行分解，這也是一種非常常見的抗震設計方法。

在進行延性抗震設計的過程中，需要根據其發生的彈性來計算塑性變形的程度，這樣可以提升抗震等級，從而盡量的降低地震所產生的影響。在對橋梁進行抗震設計的過程中，需要全面的考慮到其影響系數來體現其塑性變形程度，以此提升橋梁的抗震性能。

3.3采用隔震支座和阻尼器相結合的系統

隔震支座的結構形式可以大大提升橋梁的整體抗震性能，而增加地震的阻尼也可以提升其該項性能指標，在設計過程中，如果選擇兩種方法結合的方式可以成倍的提升抗震性能。在兩者的共同影響之下，通過彈塑變形可以消耗部分地震能力，降低地震危害。

3.4引進新型橋梁的抗震設計方法

在傳統的橋梁抗震性能設計中，主要使用的是“蠻力”的方法來進行，也就是通過設計方法來提高整體的強度和延性，以避免在遇到地震之后發生嚴重的損壞，如果橋梁自身的抵抗能力強于地震影響力，自然可以不被損壞。但是這種方法在使用中，抗震能力并不能確定，而地震往往也是不可預測的。如果兩個未知的情況出現在一起，就容易導致其結構恰恰相反，橋梁會受到嚴重的傷害，這樣的例子也是非常多的。新型橋梁在結構設計過程中的基本原則是鋼混結構，其具備非常明顯的性能優勢。主要是因為鋼混結構的承載能力優于其他結構形式，同時還具備較強的抗剪能力和延性，在橋梁設計中非常的普遍。

4 結語

隨著人們對于地震認識度逐漸提高，通過研究之后可以采用不同的結構形式來提升橋梁的各方面性能，保證其具備較強的抗震性能，提高橋梁的安全性。只有深入的了解了地震發生的特點和對于橋梁的破壞能力，在設計中加入一些比較先進的抗震性能措施，才可以大大提升橋梁的抗震性能。

[1] 劉 陽.公路橋梁結構抗震設計要點分析[J].交通建設與管理，2015(Z2)：51-53.

[2] 張美娜,金旭昌.基于性能的橋梁結構抗震設計研究進展[J].遼寧省交通高等專科學校學報，2012(3)：12.

[3] 莊泳浩,劉 芳.公路橋梁結構的抗震設計要點分析[J].中國市政工程，2011(4)：106-107.

Analysisofseismicdesignofhighwaybridgestructure

DuHuiping

(ShanxiHengRoadTrafficSurveyandDesignConsultingCo.,Ltd,Taiyuan030031,China)

Seismic design of highway bridge engineering in the relatively large influence on the quality of the bridge project, is also a very important content, directly affect the highway bridge can be used normally, are obvious to influence the service life of the. In this paper, the main points of seismic design for highway bridges are analyzed and studied.

highway bridge, structural design, seismic design, key points

1009-6825(2017)29-0164-02

2017-08-06

杜慧平(1980- ),女,工程師

U442.55

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