橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)及抗震措施

楊澤偉

(湖北建科國(guó)際工程有限公司，湖北 武漢 430070)

1 橋梁結(jié)構(gòu)抗震概述

1.1 地震造成的橋梁結(jié)構(gòu)震害以及原因

由于地震的運(yùn)動(dòng)形式不同，造成的橋梁結(jié)構(gòu)的震害形式也不相同，但橋梁的震害形式大致可以分為兩種，一種是由于地震造成的橋梁所在場(chǎng)地發(fā)生例如高低起伏一類的運(yùn)動(dòng)時(shí)，造成的橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)；另外一種形式是由于地震造成的橋梁所在場(chǎng)地的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這樣的震害相較于第一種會(huì)更加嚴(yán)重一些，場(chǎng)地相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)造成橋梁被迫變形，橋梁的超靜定內(nèi)力會(huì)嚴(yán)重影響橋梁的抗震效果，如果造成的變形過(guò)大會(huì)直接導(dǎo)致橋梁抗震結(jié)構(gòu)的失效。

在地震的作用下，會(huì)給橋梁帶來(lái)不同程度的破壞，破壞形式也非常多。把握造成橋梁結(jié)構(gòu)震害的原因是做好橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的前提。公路橋梁是最常見(jiàn)的橋梁形式之一，本文列舉了幾種震害的主要表現(xiàn)形式：首先，地震會(huì)造成橋梁發(fā)生相對(duì)位移，在這個(gè)過(guò)程中，橋梁的各個(gè)支撐節(jié)點(diǎn)就會(huì)受到不同程度的破壞，節(jié)點(diǎn)的支撐能力以及角度一旦發(fā)生變化，橋梁的整體形態(tài)就會(huì)隨之改變，通常表現(xiàn)為橋梁的隆起；其次，發(fā)生地震時(shí)，地表原有狀態(tài)被破壞，嚴(yán)重情況下還會(huì)導(dǎo)致土質(zhì)液化，這樣一來(lái)，橋梁就會(huì)發(fā)生拉伸位移從而導(dǎo)致落梁現(xiàn)象的發(fā)生；最后，橋梁下部結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)不到位，在地震過(guò)程中，出現(xiàn)各種開(kāi)裂、失效的現(xiàn)象。

1.2 橋梁結(jié)構(gòu)的一般構(gòu)造和類型

橋身、橋面以及重要的連接結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成橋梁的上部結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)、橋墩、橋臺(tái)以及支座共同構(gòu)成橋梁的下部結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)各自承載著不同的功能，共同作用支撐整座橋梁的正常形態(tài)。橋墩的主要破壞類型大致分兩種：一種是彎曲破壞，這種破壞會(huì)造成塑性變形和剛度的下降，這樣的變形從一定程度上來(lái)說(shuō)可以減輕地震的破壞，通常情況下不會(huì)造成橋梁的坍塌；另一種是剪切破壞，這種破壞會(huì)更加嚴(yán)重，是造成橋梁破壞的主要形式，也是比較常見(jiàn)的橋墩破壞形式。

2 設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)抗震時(shí)的思路和相關(guān)原則

2.1 設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)抗震時(shí)的思路

就目前的橋梁抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)的目標(biāo)是“輕度地震橋梁不壞、中度地震橋梁可修、重度地震橋梁不倒”。具體來(lái)說(shuō)就是，當(dāng)發(fā)生輕微地震時(shí)，造成的場(chǎng)地運(yùn)動(dòng)要在橋梁的正常工作范圍之內(nèi)，要保證橋梁在這個(gè)階段各個(gè)結(jié)構(gòu)不受到損壞，或者是輕微損壞；中度地震發(fā)生時(shí)，橋梁會(huì)進(jìn)入到非正常工作的狀態(tài)，在這個(gè)過(guò)程中，橋梁的各個(gè)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生損壞，但是各項(xiàng)功能仍能正常進(jìn)行，經(jīng)過(guò)后期的維修能夠盡快恢復(fù)正常；當(dāng)重度地震發(fā)生時(shí)，橋梁的結(jié)構(gòu)可能會(huì)造成很大破壞，但是橋梁的大體形態(tài)不發(fā)生改變，更不會(huì)造成倒塌，經(jīng)過(guò)搶修，仍然能夠進(jìn)行限速通車。

2.2 橋梁抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

各個(gè)地區(qū)發(fā)生地震的概率各不相同，對(duì)于一些地震高發(fā)地區(qū)的橋梁建設(shè)，還有地震發(fā)生強(qiáng)度較高的地區(qū)的橋梁建設(shè)，設(shè)計(jì)人員以及工程人員要根據(jù)地震發(fā)生的形式，切實(shí)設(shè)計(jì)橋梁的抗震結(jié)構(gòu)。這樣有針對(duì)性設(shè)計(jì)橋梁抗震結(jié)構(gòu)會(huì)更加有效果。一般情況下，橋梁抗震結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)原則大致有：①在滿足橋梁結(jié)構(gòu)需要的前提下，盡可能地將橋梁的結(jié)構(gòu)重心下移，這樣可以有效減小地震對(duì)橋梁造成的破壞提高橋梁的抗震效果；②橋梁的高度要在一定范圍內(nèi)，橋梁如果過(guò)高會(huì)更加容易在地震中造成振動(dòng)，影響到橋梁下半部分結(jié)構(gòu)的剛度，從而影響到橋梁的抗震效果；③一定要加固橋梁的地基，以免在地震中發(fā)生場(chǎng)地的大幅度位移，導(dǎo)致橋梁的破壞；④橋梁的長(zhǎng)度要盡可能保持適中，在整體結(jié)構(gòu)上也要盡可能對(duì)稱，研究分析表明，對(duì)稱的橋梁抗震能力普遍高于不等跨橋梁。

3 橋梁抗震的相關(guān)措施

橋梁設(shè)計(jì)師需要對(duì)一些抗震設(shè)計(jì)的基本概念以及原理有深刻的理解，并且能夠?qū)⑵潇`活應(yīng)用到橋梁的設(shè)計(jì)中去，使橋梁的功能和抗震結(jié)構(gòu)結(jié)合到一起，在保證橋梁各項(xiàng)功能的同時(shí)，提高橋梁整體的抗震效果。這個(gè)過(guò)程就稱為概念設(shè)計(jì)。對(duì)于一些抗震材料的使用以及橋梁支座的選擇，各種配件的選擇，箍筋的配置、構(gòu)造節(jié)點(diǎn)配筋的使用這些橋梁結(jié)構(gòu)中的細(xì)節(jié)，稱為細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。橋梁設(shè)計(jì)人員一直致力于研究橋梁的各個(gè)抗震結(jié)構(gòu)，保證在地震過(guò)程中，橋梁最大限度的完好。在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，都要反復(fù)進(jìn)行抗震效果的模擬，就目前的模擬抗震的結(jié)果表明，提高橋梁的延性是比較容易實(shí)現(xiàn)效果也很好的方法。

在橋梁抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，提高橋梁的延性是實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)抗震效果的重要手段。橋梁的延性是橋梁具有的特點(diǎn)，利用加強(qiáng)這一特點(diǎn)可以有效減少地震給橋梁帶來(lái)的損害。發(fā)生地震時(shí)，橋梁承受的外部壓力會(huì)發(fā)生變化，一些結(jié)構(gòu)受到的壓力減小，而另一些結(jié)構(gòu)的壓力變大，這樣會(huì)給橋梁帶來(lái)很大破壞。提高橋梁的延性，在一定程度上可以改善這樣的情況。橋梁的延性增加，會(huì)使得由于壓力變化給橋梁造成的破壞大幅度下降，從而降低損失。除了控制橋梁的延性之外，橋墩也存在一定的延性，并且橋墩的延性是可以利用到抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中去的，橋墩本身就具有一定的延性，如果配合延性材料的應(yīng)用，橋墩的延性就會(huì)得到加強(qiáng)。具體到抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中去，在地震發(fā)生的過(guò)程當(dāng)中，橋墩的延性可以有效的吸收地震的破壞，地震力會(huì)被具有延性的橋墩分散，地震強(qiáng)度就會(huì)相應(yīng)的減少，這樣橋梁上半部分受到的破壞就會(huì)大大減少，提高延性的本質(zhì)也就是提高橋墩的抗震荷載，延性的抗震設(shè)計(jì)要根據(jù)彈性測(cè)試來(lái)進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算，之后再根據(jù)抗震級(jí)別進(jìn)行完善，找到最適合橋梁的延性范圍。讓橋梁與橋墩延性特點(diǎn)在橋梁抗震中發(fā)揮出最大的效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

地震一旦發(fā)生，帶來(lái)的危害是無(wú)法估量的，由于我國(guó)人口眾多，道路眾多，對(duì)于橋梁的需求也是與日俱增，如果橋梁受到地震的破壞，人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失都在所難免，所以一定要切實(shí)做好橋梁結(jié)構(gòu)抗震的設(shè)計(jì)。隨著國(guó)家科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，已經(jīng)研發(fā)出一大批高強(qiáng)度的建筑材料，將橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)與這些高強(qiáng)度的抗震材料相結(jié)合，相信在橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方面一定可以取得突破性進(jìn)展，當(dāng)然有關(guān)研究人員還需不斷努力，設(shè)計(jì)出更多的抗震方案。希望本文能給有關(guān)人士提供幫助。

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