淺析鋼筋混凝土拱橋抗震研究

(西華大學 四川 成都 611730)

隨著我國交通事業迅猛發展，在一些峽谷河流較多的西南地區，有著較大跨越能力的鋼筋混凝土拱橋得到了廣泛應用。由于近幾年地震頻發，在高烈度地區，鋼筋混凝土拱橋的抗震性能逐漸引起了相關從業人員的重視。橋梁的抗震設計基本上是按照相關抗震設計規范進行，目前相關規范較為完善，按照地震動參數區劃、抗震設防標準、場地土分類等等各個方面充分考慮了場地、橋梁結構、地震波等參數對橋梁抗震性能的影響，具有很高的參考價值和指導意義，但橋梁跨度的增大、結構更加復雜化、地震波的不確定性以及抗震性能要求的提高使得僅僅按規范大致進行設計并不能成為最優的方案。

一、鋼筋混凝土拱橋抗震性能的相關研究

(一)震害的研究

1.調查統計。通過調查和統計發生地震災害地區的鋼筋混凝土拱橋破壞情況，根據相關的規律分析研究得出相應結論。例如曹鵬杰調查了在汶川地震中都江堰9度和10度地區的46座拱橋，對墩臺、基礎、拱圈以及橋面側墻的典型震害進行了統計和分析，認為選擇地質均勻兩端地形相似的橋址、在立柱或者立墻頂端設鉸使橋面簡支或者形成三鉸拱、提高施工質量、定期的維修養護防止出現各種病害等，都能提高拱橋的抗震性能。

2.建模分析。通過調查一座或者幾座橋的震害情況，結合使用有限元軟件建立該橋的模型進行地震響應分析，得出拱橋的震害機理。例如唐堂通過現場調查汶川地震后的金花大橋震害，使用有限元軟件SAP2000建立該橋模型，輸入地震動進行數值分析并結合XTRACT軟件得到了拱橋的地震響應情況，將分析結果對比調查情況發現二者基本一致，認為地震作用下，靠近拱頂附件的立柱是地震易損構件，主拱圈的拱腳處發生了彎曲破壞。

(二)地震作用分析方法研究

1.抗震分析方法的適用性。無論是最早使用的靜力法，還是目前得到廣泛應用的反應譜法和動力時程分析法，或者是基于性能的抗震設計理念，都有自身的優缺點及適用條件和范圍。近年來關于這方面的研究也有很大的進展，但是由于不同的結構在不同的地震作用下反應各不相同，所以還不完善。主要探討不同的結構形式、不同的地震作用、結構的線性和非線性變形等所適用的抗震分析方法。

2.抗震分析方法的完善。橋梁結構在實際地震作用下的反應是非常復雜的，要考慮的因素非常多，除了規范中提到的主流因數以外還要考慮其他效應的影響，如地震波的選取，行波效應，樁土作用等等，在這一方面也有了大量研究，例如孫廣龍使用基于有限元軟件ANSYS開發的大跨度橋梁抗震分析計算模塊對一在建的鋼筋混凝土拱橋分別采用一致激勵和行波激勵進行時程分析，對比結果表明:考慮行波效應時，拱腳彎矩、l/4截面軸力和彎矩均有顯著增大，拱腳軸力、拱頂軸力和彎矩則有所減小，各部位的順橋向位移均增加。

(三)拱橋自身結構特點研究

1.研究自身的動力特性。由于實際工程的獨特性，每個拱橋對地震作用的響應都有區別，所以很多從業人員會對有著自身特點的實際工程中的拱橋進行反應譜或者時程分析，研究其自身的基本動力特性以及地震作用下的響應，有的是去驗證被廣泛應用的方法對有特殊地方的拱橋同樣適用，有的分析出特殊情況的拱橋與其他一般拱橋的差異等等。

2.拱橋相關參數的影響。橋梁結構的動力特性主要由結構形式、質量分布、結構剛度、材料特性和構造連接等因素決定，所以鋼筋混凝土拱橋結構中的各種參數(矢跨比、拱軸系數、阻尼比等)對拱橋自身的基本動力特性影響很大，從而影響到了拱橋的抗震性能。目前也已經有很多人對這方面進行了研究，像是根據具體地形條件采用幾組不同失跨比的拱橋在相同的條件下進行抗震分析，對比結果的差異。

(四)減震隔震研究

鋼筋混凝土拱橋是一種剛度很大不太利于抗震的結構，通過設置隔震減震裝置能有效改善其抗震性能。比如范亮提出在主拱拱腳周圍安裝可變剛度原件，根據需要來改變拱腳處的邊界條件從而減小拱橋剛度增加延性，通過計算分析后認為此方法對拱橋減震十分有效。

二、鋼筋混凝土拱橋抗震性能潛在的可行研究方向

(一)結構特點

1.拱上結構。首先可以分析材料變化的影響，拱上立柱及橋梁部分可以是鋼材、鋼管混凝土、型鋼與混凝土相結合等不同的材料，然后利用有限元軟件進行數值分析對比結構找出規律?？梢詫⒐吧辖Y構的連接形式進行變化，拱上建筑可以是立柱和梁固結形成鋼構形式，也可以是設置為活動支座形成連續梁結構，還可以將梁結構斷開為簡支梁的形式。

2.主拱圈。主拱圈的失跨比、拱軸系數都會影響到拱橋的動力特性，這方面早已有相關文獻，但是由于研究的拱橋數量較少，無法確定不同形式的鋼筋混凝土拱橋同樣適用這樣的規律，所以需要大量不同的鋼筋混凝土拱橋都進行相關方面的研究，才能得出規律。

(二)其他

可以從地震作用入手，選取不同地震波可能會造成的差異，是否考慮行波效應這類因數的影響，一致激勵還是多點激勵等等。還可以考慮像是溫度之類的外界因數的影響，可以去完善反應譜法和動力時程分析法的缺陷。鋼筋混凝土的剛度較大，還可以研究影響其延性的因數。

三、結論

目前有很多關于鋼筋混凝土抗震性能的研究，但由于自身結構多樣、地震作用復雜，所以這方面還不完善。對鋼筋混凝土抗震性能的研究還有很多工作可以做，可以研究影響其抗震性能的多種外界因素和內部因數，可以研究分析方法的適用性及準確性等等，從而進一步完善鋼筋混凝土拱橋的設計。