桥梁抗震性及耐久性设计实例研究

2013-04-16胡玲玲

交通运输研究 2013年20期

胡玲玲

（新疆交通规划勘察设计研究院，新疆乌鲁木齐 830006）

1 项目概况

玉山古溪河流域平均海拔高，流域集水面积大，干流沿途汇集多条发源于较高山区的河流，液态降水区范围大。玉山古溪河的暴雨洪水既能独立发生，亦常与消融洪水相遭遇，形成混合型洪水。玉山古溪河雨区范围广，局部地段降雨易引发暴雨洪水。单纯的暴雨洪水往往陡涨陡落，洪量较小。但当暴雨洪水与消融洪水遭遇，特别是在消融洪水初期发生遭遇，极易形成较高洪峰，玉山古溪河的暴雨洪水是形成该河大洪水的重要原因。根据水文计算：K162＋678.00大桥桥位处汇水面积为3 464km2；计算桥孔净长Lj＝227.2m。拟在K162＋678.00处设置8—30m装配式预应力混凝土箱形连续梁桥，交角为70°。

在布设孔径及位置时主要依据水文计算、经济、国防、运营、施工和养护、工农业生产需求及现有老路桥涵的使用状况，经综合分析，选取最佳方案。本次桥涵设计在遵循总原则的基础上重点突出了安全、适用、保护环境、保护耕地、施工简便、养护方便的理念。在结构设计上采用技术先进、结构合理、施工条件成熟、经济、美观的常规结构，力求标准化、装配化、工厂化生产，以方便施工、缩短工期、降低造价。

桥梁上部结构采用8—30m装配式后张预应力混凝土箱梁；桥梁下部结构采用柱式桥台、柱式桥墩、钻孔灌注桩基础。桥梁设计基准期为100年，设计安全等级为二级，小桥、涵洞荷载等级采用公路—Ⅱ级。大、中桥按1／100洪水频率设计，小桥、涵洞按1／50洪水频率设计；桥梁、涵洞均与路基同宽。地震动峰值加速度系数为0.10g～0.20g（相当于基本地震烈度七度区）。

2 桥梁抗震设计

根据中华人民共和国国家标准《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2001），查得本项目乌什至阿合奇区域地震动峰值加速度为0.10g～0.15g。因此，本项目所有桥梁抗震设防类别按照B类考虑，即桥涵结构物均需进行抗震设计。K103＋660～K174＋488.052段，地震动峰值加速度为0.10g，相当于抗震设防烈度七度区，B类桥梁抗震设防措施按照七度区设防。

2.1 桥孔布设

在设计合理的范围内，采用中、小跨径，以减少各个墩、台承担的水平地震力。根据结构对称、刚度均匀对抗震有利的原则，沿线大、中桥采用等跨径布置，在布孔时尽量使一联内墩高相近，使上部结构所产生的水平地震力由各墩均匀承担。

2.2 上部结构

上部结构采用预应力混凝土先简支后连续空心板（梁）。在空心板预制安装后，浇筑墩顶湿接头混凝土，张拉负弯矩区预应力束，完成体系转换，使桥梁在运营阶段属于连续结构，整体稳定性较好，顺桥向梁与梁之间能够相互约束位移，减少落梁震害。对于简支梁梁端至墩、台帽或盖梁边缘应有一定距离，其最小值大于等于“50cm＋梁的计算跨径”；适当加强桥台胸墙，并在梁与梁之间和梁与桥台胸墙之间加装橡胶垫块，利用橡胶的变形来缓冲桥梁上下部间顺桥向及横桥向的碰撞；对于非结构连续的简支梁（板），宜采用挡块、螺栓连接等防止纵横向落梁的措施。承重结构在偶然状况下（顺桥向地震力作用）按承载力极限状态设计，避免因上部结构抗弯能力不足导致柱身形成塑性铰。

2.3 下部结构

在满足结构计算的前提下，适当增加钢筋混凝土矩形截面盖梁尺寸，横向在桥台、桥墩盖梁两侧设置抗震挡块，防止顺桥、横桥向落梁。适当提高墩柱（桩基）塑性铰区的配筋率，避免因墩柱的抗弯延性不足，导致墩柱发生脆性破坏。对于桩柱式墩、台或带有承台的桩基应考虑箍筋加密，其范围为：盖梁以下2倍柱径、承台（桩顶）以上2倍柱径，墩柱螺旋筋为φ10mm，螺距为8cm；桩基箍筋加密段为承台（桩顶）以下至一般冲刷线及桩基最大弯矩以下3倍桩径处，桩基螺旋筋为φ10mm，螺距为10cm。螺旋式箍筋的接头必须采用焊接，矩形箍筋应有135°弯钩并深入混凝土核心之内。高度大于7m的柱式桥墩应设置横系梁。桥台宜采用整体性强的结构型式。

2.4 减震措施

在梁体与墩台之间的相对位移满足规范要求时，采用柔性支承（减、隔震支座）延长结构的自震周期，从而减小结构因地震力引起的内力反应，增加结构的阻尼或利用桥墩的延性消耗地震能量。

3 桥梁的耐久性设计

本项目位于阿克苏、乌什和阿合奇境内，设计基准期为100年，环境等级为Ⅱ类环境。为了使桥梁在预期作用和预定的维护条件下，能在规定期限内维持其设计性能，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）和《公路工程混凝土结构防腐技术规范》（JTG/T B07—1—2006）对桥梁进行耐久性设计。

3.1 上部结构

根据区域内的最大降雨量及蒸发量设置合理的纵、横向排水坡度，横向排水的泄水管位置、数量按径流面积计算确定，泄水管间距控制在4～5m。边板悬臂必须设置滴水槽，并严禁排水管道的出口靠近混凝土结构构件表面。预应力筋的锚固端应有可靠的防锈措施，封端混凝土应具有良好的抗裂性。

为防止桥面刚性防水层在车辆等活荷载作用下，顶板负弯矩区出现“V”形裂缝，水渗入后导致负弯矩区主钢筋的锈蚀，桥面采用柔性防水层。预应力混凝土上部构件按A类或全预应力构件设计，充分考虑预应力局部效应和弯道径向力效应以及混凝土收缩徐变和温度效应等组合因素的综合作用，使结构的总应力水平处于A类或全预应力状态，保证承重结构不开裂。对于大中桥箱型结构，在满足力学计算的同时还应考虑施工和耐久性要求，避免过分强调节省材料，减轻自重，过度追求截面的轻型化，对于构造要求的指标不应只取下限值而导致在成桥运营阶段预应力孔道附近开裂等病害发生。

3.2 下部结构

下部结构按《公路工程混凝土结构防腐技术规范》（JTG/T B07—1—2006）中的化学腐蚀环境分类进行设计。根据对沿线土质及水质的试验分析，对照《公路工程混凝土结构防腐技术规范》（JTG/T B07—1—2006）中化学腐蚀环境分类及作用等级表，根据土壤硫酸根离子的含量，按路段对基础采取相应的防护措施。

可适当提高结构混凝土标号，控制最大水灰比以及混凝土中最大氯离子、碱含量。对于盐渍土路段，土壤、水对混凝土和钢筋具有中、强腐蚀性的桥涵构造物其下部结构采用抗硫酸盐水泥。按Ⅱ类环境类别适当增加配筋基础混凝土的保护层厚度。对埋入地面以下的构造物，在其混凝土表面涂抹防腐沥青层，以阻止和延缓氯离子侵蚀和混凝土碳化深入混凝土内部，抵抗侵蚀环境的腐蚀。