公路橋梁結構抗震設計要點分析

王小娜

摘 要：公路橋梁事業在經濟發展中發揮著關鍵性的作用，其中，抗震性是公路橋梁質量的一項重要指標，需要進行高度重視。本文結合實際的工程案例，對公路橋梁結構抗震設計要點進行了詳細分析，具有一定的借鑒性與參考性價值。

關鍵詞：公路橋梁；抗震設計；方法；內容

由于我國處在地震頻發地區，所以，我們要高度重視建筑物的抗震設計，尤其是對橋梁的抗震設計。橋梁是一個很重要的城市基礎設施，要想建造一座抗震性能高的橋梁，必須加強對橋梁抗震設計的重視，不能忽視橋梁的整體結構，抗震設計以作為橋梁設計的一項重要內容，必須采用合理的方法對橋梁進行抗震設計，不僅能使橋梁的壽命增加，還能使橋梁的穩定性和安全性得到提高，降低了地震對橋梁的危害。

1 工程概況

本案例所研究的橋梁為某區域的城市快速路，按一級公路設計，100年的設計基準期。橋梁為鋼筋混凝土結構，橋梁的總體長度為280.36米。整個橋梁共分為三聯，上部結構形式均為預應力混凝土連續箱梁。從橋梁的行車速度來看，本項目主線設計行車速度為每小時80公里，匝道的行車速度為每小時40公里。從地震設計的各項指標來看，地震為Ⅸ度的基本烈度，地震動峰值的加速度為0.40g。整個的橋梁結構設計的結構重要性系數設定為1.1，屬于是一級安全等級。地震動反應譜的特征周期為0.65秒，橋下的凈空超過5米。

2 地震對公路橋梁結構產生的危害

地震的發生主要是由于較大的應力作用而造成地球內部介質發生急劇破裂，在破裂過程中會有地震波產生，以破裂位置為震源擴散至一定范圍內，從而造成地面震動的現象。地震波一般分為兩種，一種是橫波，另一種是縱波，能夠造成地面建筑水平晃動的被稱為橫波，地表建筑上下顛簸的被稱為縱波。當出現較大強度的地震時，會造成建筑出現嚴重變形，在建筑缺乏一定強度或者局部出現失穩的情況下會對整體建筑結構造成嚴重的破壞。

1）支座破壞。在橋梁結構中，上部主梁緊密連接著支座。當發生地震時，如果防震措施不到位，變形和位移現象會在支座中出現，當變形情況超出支座上限時，會剪斷支座錨固螺栓，進而破壞支座結構。

2）上部結構地震破壞。一旦發生地震時，主梁等橋梁上部結構會因地震作用而出現一定程度的晃動，當碰撞到相鄰的主梁時，會出現嚴重損害。另外如果出現較大的變形，有自身損傷或移位損傷出現，同樣會造成主梁墜落。

3）下部結構破壞。所謂的下部結構的破壞，一般是指破壞橋梁結構的橋臺和橋墩。橋臺和基礎在地震作用下一般會有滑移產生，進而造成開裂、傾斜甚至折斷現象在橋臺和橋墩與基礎連接處出現。

4）地基土地震液化。地基砂土受到地震作用以后，可能會出現液化情況，進而降低地基承載力，導致地基沉降和滑移現象的出現，對地基造成一定的破壞。在橋梁結構中，地基是受力的基礎，一旦破壞了基礎，上部結構等同于缺少了支撐，進而會出現落梁現象。

3 抗震設計原則

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）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。

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。

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。

4 提高結構抗震性能的方法

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。

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）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。

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。

5 結束語

在國民經濟發展中，公路橋梁行業具有基礎性的作用，抗震能力直接關系到了公路橋梁的質量。相關人員需要根據規定的要求，結合存在的問題，采用橋梁延性控制方法，使用隔震支座和阻尼器相結合的系統，引進新型橋梁的抗震設計方法，增強公路橋梁的抗震性。

參考文獻

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