市政橋梁設計中的抗震設計

文/魏汝海 中邦山水規(guī)劃設計有限公司 吉林長春 130062

隨著現(xiàn)代建筑業(yè)的發(fā)展，尤其是建筑科技水平的提高，對市政橋梁工程建設的安全提出了全新要求。換句話說，只有確保市政橋梁工程的高質量性，才能有效應對極端自然災害，如地震、泥石流、洪水等。而為了實現(xiàn)這一目標，首當其沖的就是要做好橋梁工程的抗震設計。但就現(xiàn)狀來講，當前市政橋梁的抗震設計所采用的方法，基本是圍繞提高結構強度和變形能力展開的，技術水平較低、工程成本較大，卻又無法滿足抗震安全的需求。因此，設計人員必須要加強橋梁科技的創(chuàng)新應用，通過合理科學的抗震設計，增強橋梁結構的抗震性能，在提高抗震能力的同時，有效降低工程建設成本。

1、市政橋梁震害分析

第一，針對梁式橋而言，由于下部結構墩臺蓋梁寬度或擋塊強度不足，地震波產(chǎn)生時，在上部結構梁端支座位置容易造成橫向相鄰梁體相互碰撞，進而導致上部結構落梁，引發(fā)橋梁主體結構破壞；針對拱式橋而言，地震波作用下，拱橋結構容易造成拱角與拱頂附近出現(xiàn)裂縫，更有甚者產(chǎn)生變形破壞。第二，在發(fā)生地震之后，橋梁地基土會產(chǎn)生液化反應，嚴重破壞橋梁基礎。與此同時，橋墩基礎也會產(chǎn)生位移，進而對橋梁結構的整體穩(wěn)定性能造成嚴重影響，明顯加大了主梁落梁、墩臺坍塌的概率。第三，在橋梁抗震設計中，對支座的抗震性能重視程度不高。由于支座抗震性能比較低，一旦遭遇地震，就會產(chǎn)生大面積的位移與變形情況，進而對上部結構的穩(wěn)定性造成影響，并會破壞橋梁的其他部位。第四，倘若橋梁下部結構缺少一定抗震性能，一旦發(fā)生地震，橋梁下部墩柱極易產(chǎn)生彎剪變形，而此變形難以修復，進而嚴重影響整個橋梁的結構安全。

2、市政橋梁抗震設計

2.1 科學計算地震力

市政橋梁的設計過程中，地震力的計算也是一項極其重要的工作，并且我國在這方面所進行的工作還遠遠達不到實際建設的需求。因此，在之后的市政橋梁設計過程中，應當做到科學計算橋梁地震力。橋梁的地震力受許多因素的影響，比如結構尺寸、地質條件、施工技術、施工材料等。這些因素對于橋梁地震力的影響大小是各不相同的，在實際計算過程中，應當盡可能將每一個因素所能夠影響的地震力大小明確地計算出來，從而得到一個較為準確的地震力結果，以保證橋梁抗震安全。除此之外，市政橋梁的地震力計算還應當根據(jù)當?shù)氐卣鹩绊憗磉M行，以該地區(qū)的地震烈度情況為準。在地殼比較活躍的地方，地震烈度就大，抗震設防標準就高；而在那些地殼運動幅度小的地區(qū)，地震烈度就小，抗震設防標準就低。只有這樣，在進行抗震設計的時候才能夠游刃有余。

2.2 抗震分析方法

目前，在市政橋梁抗震設計中，選擇合理的抗震分析方法無疑是重中之重，而時程分析法和反應譜法是最為常用的兩種設計方法。在橋梁抗震設計中，設計人員要結合橋梁的性質靈活選用上述兩種方法，通過具體的計算公式來明確具體數(shù)值，以確保抗震設計的合理性與科學性。但需要指出的是，針對那些施工環(huán)境復雜或不規(guī)則橋梁，設計人員必須要考慮整個橋梁結構的周期，采取時程分析法進行抗震分析，同時構建動態(tài)化監(jiān)管機制，利用科學算法明確抗震結構的彈性范圍，以確保其運行處于最佳彈性狀態(tài)，進而全面增強橋梁結構的整體穩(wěn)固性與安全性。相比于時程分析法，彈性反應譜法具有更廣泛的應用范圍，同時其操作簡便、計算簡單、規(guī)范性強，因此，設計人員也要全面掌握這種設計方法。

2.3 抗震裝置設計

在市政橋梁結構中，采用抗震裝置是順利實現(xiàn)抗震功能的關鍵，抗震裝置也是使抗震設計穩(wěn)定性得到保障的關鍵。設計人員在橋梁抗震設計中，要以橋梁所需要達到的抗震要求為基礎，選擇合適的抗震裝置。在整個抗震系統(tǒng)中，抗震裝置的振幅將直接影響整個系統(tǒng)的抗震效用，進而影響到整個橋梁結構的抗震能力，這就要求設計人員必須明確抗震裝置的最大振幅，并以此為依據(jù)制定相應的設計方案。各種抗震裝置具有不同的抗震效果，設計人員在設計的過程中要對此引起高度重視。在展開抗震裝置設計的時候，要立足于工作實際條件和抗震要求科學地對剛度和阻尼等數(shù)據(jù)進行計算。部分大型市政橋梁還要運用彈性反應譜，如此便能讓抗震裝置計算變得更加容易，確保抗震裝置滿足橋梁抗震要求。科學、合理運用抗震裝置，可以最大化控制地震中橋梁變形、結構位移的可能性。當前，城市建設得到了顯著發(fā)展，對市政橋梁隔離裝置的要求越來越嚴格，不斷加大了設計研發(fā)投入。所研發(fā)的抗震裝置要和橋梁的各項基本性能相適應，這樣便能確保發(fā)生地震后，抗震裝置的作用可以最大限度地發(fā)揮出來，有效降低橋梁破壞的潛在風險。

2.4 抗震加固技術

我國大多數(shù)市政橋梁屬于鋼筋混凝土或預應力混凝土結構，不僅地質與自然條件會對其造成影響，各種固定荷載與偶然荷載也會對其產(chǎn)生一定影響，一般其使用年限通常為數(shù)十年，容易導致功能退化、承載力降低，進而很難滿足抗震要求與規(guī)定，在一定程度上，削弱了其抗震能力。倘若對其大規(guī)模拆除重建，會明顯增加經(jīng)濟成本與社會成本投入。為了能夠高效規(guī)避上述風險，針對這種情況，在開展橋梁抗震加固設計工作的過程中，應當對各方面因素進行認真分析，并為相關加固工作的順利開展預留出一定空間。現(xiàn)階段，所運用的加固方法比較多，例如：加大截面面積、粘貼鋼板、改變結構體系等。當前，隨著我國社會和經(jīng)濟突飛猛進的發(fā)展與進步，科學技術處于持續(xù)創(chuàng)新階段之中，在諸多橋梁抗震加固技術中，基于纖維增強材料抗震加固技術具有非常廣泛的應用范圍。究其原因，纖維增強材料屬于新型材料內容范疇，雖然自身重量比較輕，但是具備較高強度，可以有效提高橋梁結構強度。伴隨著施工條件的不斷成熟，可以對其開展深入推廣工作，不斷擴大其應用范圍。

結語：

在市政橋梁設計中，抗震設計可以顯著提高橋梁整體質量，可以使人們的生命和財產(chǎn)安全得到保證。現(xiàn)階段，我國研究抗震設計方面的時間并不長，在今后的研究中應學習和合理借鑒國外的先進技術以及設計方面的經(jīng)驗，以提高國內的抗震設計技術，保證市政橋梁整體結構的抗震性能。