淺析公路橋梁的抗震設計

江展圖

摘 要：橋梁工程，是交通運輸的咽喉，在國家建設中起著舉足輕重的作用；而在地震發生后為了緊急救援和抗震救災的需要，更是作為重要的生命線工程。文章分析橋梁結構震害及其原因，探討公路橋梁抗震設防目標，提出公路橋梁抗震設防措施。

關鍵詞：公路橋梁；抗震設計；設防目標；設防措施

1前言

在抗震搶險救災中，公路交通運輸是搶救人民生命財產、盡快恢復生產和重建家園的重要環節。遍布的道路交通猶如全身的血管，由此可知道路交通的重要性，而公路橋梁作為道路交通的一部分，其重要性也可想而知。而橋梁工程，作為重要的生命線工程，是交通運輸的咽喉，在國家建設中起著舉足輕重的作用，而在地震發生后為了緊急救援和抗震救災的需要，其重要性就更為明顯。

2橋梁結構震害及其原因分析

要想建立正確的抗震設計方法、采取有效抗震措施，對公路橋梁震害及其產生的原因的調查和分析是必不可少的。從世界各國的地震震例統計資料看，公路橋梁的震害現象主要有以下幾種：一、對梁式橋梁地震位移造成上部活動節點處因蓋粱寬度設置不足導致落梁或梁體相互磁撞引起的破壞，而對拱式結構則主要表現在拱上建筑和腹拱的破壞，拱嘲在拱頂、拱腳產生的破損裂縫，甚至整個隆起變形。二、由于地震造成的地基土液化，加大了地面位移從而加劇了結構反應，大大增大了落梁的可能性。三、對支座的抗震要求考慮不足造成支座發生過大的位移和變形從而造成支座本身構造上的破壞等，進而對結構的其他部位產生不利的影響。四、橋梁下部結構抗力不足導致的地震時下部開裂、變形和失效，進而對全橋的不利影響。五、地震時使得在松軟地基上的橋梁在發生河岸滑移導致全橋長度的縮短而造成的比較嚴重的震害。

3公路橋梁抗震設防目標

公路工程對政治、經濟、國防和抗震救災具有特別重要的意義，地震時一旦發生破壞，將造成交通中斷，后果非常嚴重。進行公路工程抗震設計時，應根據不同等級公路的重要性程度，考慮重要性系數來計算水平地震作用。與建筑結構抗震設計采用的“三水準兩階段”的抗震設計方法有所不同，目前我國橋梁抗震仍采用一次設計法，僅進行基本烈度下的抗震驗算，只進行設計地震力作用下的強度驗算，沒有考慮橋梁結構的“變形能力”和“耗能能力”。這就導致鋼筋混凝土墩桂在強烈地震作用下，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發生彎剪破壞或剪切破壞。因此，單一的強度設防原則是目前我國公路橋粱抗震設計中存在的主要問題。國際上公認的多級抗震設防原則是“小震不壞，中震可修，大震不倒”，建議公路橋梁的抗震設計宜采用三階段三水準設防。第一階段設計：對于小震，采用眾值裂度的地震動參數，計算出結構在彈性狀態下的地震作用效應，使結構在小震作用下不發生彈性破壞，并進行結構強度和穩定性驗算，滿足第一設防裂度對結構強度、變形和穩定性的要求，實現小震不壞。第二階段設計：對于中震，采用第二水準裂度的地震動參數，考慮剛度退化，計算截面開裂、屈服及破壞時的荷載位移關系，并同地震荷載效應比較，要求有一定的安全度，從而滿足第二級設防要求，實現中震可修。第三階段設計：對于大震，采用第三水準裂度的地震動參數計算地震荷載效應，并同截面的破壞荷載比較，要求有一定的安全度，并考慮結構的倒塌機制，保證整體穩定可靠度，實現大震不倒。上述三階段設計原則實際上規定了結構在三級地震水平下相應的反應，即在多遇地震作用下，結構總體處于彈性反應范圍，結構構件沒有損壞，在設防烈度的地震作用下，結構可能出現一定的塑性變形，但最大變形值應限定在遠低于結構的容許變形以內，在罕遇地震作用下，結構將經歷較大的彈塑性變形循環，最大變形可能達到結構的容許變形值，但始終不超過容許變形值。最終實現了“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設防原則。

4公路橋梁抗震設防措施

由于地震反應的不確定性和橋梁結構的復雜性，橋梁結構抗震設計中尚存在許多不定的因素。現行的地震作用計算和結構抗震計算的方法大都是具有一定概率水準的近似方法，除了進行合理的抗震計算外。還應采取有效的構造措施來提高結構抗震性能。《公路抗震規范》區分不同基本烈度，分別給出了橋梁結構抗震構造措施。通過限制構件之間的位移，增強柱墩的強度、剛度和延性，加強結構整體性和穩定性等方面來提高橋梁結構的抗震性能。近幾十年來，盡管世界各國都在改進橋梁設計方法方面做出了巨大的努力，但是在近年來發生的幾次大地震中，橋梁結構仍然不同程度的遭到了的損害，這說明還有待進一步地完善橋梁的抗震設計理論。大量的震害資料表明，合理的結構形式和成功的抗震設計，即合理的概念設計可以大大地減輕甚至避免震害的發生。一個是概念設計、一個是構造細節設計。需要注意的是，這兩個東西其實和具體的抗震計算關系不大，計算只是輔助手段，只是驗證概念和細節的合理性。所以設計師需要的是對橋梁抗震設計基本概念和原理的深刻理解。從結構上來說，要清楚哪些結構有利于抗震，哪些結構抗震不利，其中包括橋型、上部結構、下部結構、墩臺、基礎的處理等等。構造細節措施則包括一些基本的抗震措施，比如支座的選擇、擋塊的設置等等，還包括構件細節的構造措施、比如墩的箍筋配置、節點配筋構造。國內外橋梁抗震研究人員一直都在研究橋梁的合理構造措施，合理的構造措施可以提高整體的延性及滯回耗能能力。在確定路線的總走向和主要控制點時，應盡量避開基本烈度較高的地區和震害危險性較大的地段；在路線設計中，要合理利用地形，正確掌握標準，盡量采用淺挖低填的設計方案以減少對自然平衡條件的破壞。對于地震區的橋型選擇，宜按下列幾個原則進行：盡量減輕結構的自重和降低其重心，以減小結構物的地震作用和內力，提高穩定性，力求使結構物的質量中心與剛度中心重合，以減小在地震中因扭轉引起的附加地震力，應協調結構物的長度和高度，以減少各部分不同性質的振動所造成的危害作用，適當降低結構剛度，使用延性材料提高其變形能力，從而減少地震作用，加強地基的調整和處理，以減小地基變形和防止地基失效。

5結語

雖然目前地震還不可有效的預測，但是只要我們通過研究認識到地震對結構的破壞規律，我們就能通過一定的抗震設防原則制定相關的抗震設防措施并控制好施工質量，這樣就能盡量減低震害的影響。

參考文獻

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（作者單位：廣東省陽東縣建筑設計室）