公路桥梁抗震设计存在的问题及改进

2014-08-15郭穆春

黑龙江交通科技 2014年8期

郭穆春

(山西路桥第一工程有限责任公司)

1 公路桥梁的震害和特征

1.1 桥台震害

桥台震害的主要表现形式为桥台和路基一起向着河心移动，继而导致桩柱式桥台的桩柱发生倾斜和开裂，严重的甚至会折断;重力式桥台则会胸墙开裂，台体发生下沉、转动的现象;桥头引道沉降，翼墙也会开裂。桥台的滑移以及开裂会促进主梁因受压而受损，甚至是主梁坍塌。

1.2 桥墩震害

桥墩震害的主要表现形式为桥墩沉降、倾斜、移动，桥墩的墩身开裂，剪力过大而折断，受压缘混凝土溃散，钢筋裸露在外，桥墩和基础连接处等薄弱节点发生开裂、折断等。

1.3 支座震害

在地震力的冲击下，支座设计未全面考虑抗震的设计规范，在构造上连接与支挡等措施的准备不充分，又或者由于支座形式和材料上的不足等种种因素，致使支座有大幅度的滑移、变形，进一步造成构造上的破坏，例如，支座锚固螺栓的拔出、受剪折断、活动支座直接脱离，并致使结构力传递形式发生改变，从而影响结构的其他部位的正常作用。

1.4 梁的震害

在地震中，桥梁的震害最严重的就是主梁坠落。主梁坠落的主要原因是桥台、桥墩倾斜、坍塌，支座严重受损，梁体在地震力的强烈冲击下发生碰撞，相邻的桥墩之间产生大幅度的偏移。

1.5 地基与基础震害

地基与基础震害最严重的会导致桥梁整体倒塌，并且在地震后的修复阶段难以重新利用。地基发生破坏的主要原因为砂土液化、不均匀沉降以及较低的稳定性致使的地层进行水平移动、下沉，严重的甚至是断裂。基础的破坏和地基的破坏关系密切，一般情况下，地基发生破坏，则基础也发生破坏，基础发生的破坏形式为滑移、下沉、断裂。

2 桥梁抗震设计的要点

(1)尽量减小结构的自重，降低结构的重心，以降低地震对结构物的冲击和内力;

(2)提高稳定性，尽量使结构物的刚度中心和质量中心合二为一，以降低因扭转而增加的地震力;

(3)合理设计结构物的长度和高度，以降低各个部位的不同性质的振动引起的破坏作用;

(4)在规范允许的范围内降低结构刚度，通过延性材料的使用提高结构物的变形能力，以降低地震的冲击;

(5)重视地基的调整和处理，以降低地基变形的幅度和预防地基失效。

如果结构的刚度对称，则抗震能力相对于结构刚度不对称的结构物来说要强，不等跨的桥梁更容易发生震害。尤其是桥内墩身的高度差距较大，这样就会在较矮的桥墩上产生过大的地震水平力。如果跨径不同，那么在大跨径的桥孔的桥墩上会产生较大的地震力。所以在设计上应尽量防止在地震高发区采用跨径不同的桥型，若必须使用该种桥型，则应在受地震力较大的桥墩上设置消能措施，用以减轻桥墩顶部集成刚度，目前普遍使用的方法为设抗震支座。

通过对桥梁抗震性进行分析，有些结构不应该在地震区的要提出更改修建，剖析原有结构的抗震能力，在其基础上设计适应当地地震作用的新结构型。进一步来讲，抗震结构并不是按照地震发生时的结构强度、移动的位置计算得出的数字进行验算，而是从设计的角度出发，以加强结构的抗震能力为目标，全面考虑结构的整体性能设计。

3 桥梁抗震设计措施

3.1 抗震概念设计

地震的发生具有很大的不确定性，发生的形式也多种多样，在设计阶段的计算也会与实际情况有很大的出入，这就增加了控制结构的抗震性能的困难。在桥梁的方案设计阶段，不能局限于功能和外观以及静力分析对方案进行选择，还要综合考虑桥梁的抗震能力，尽量选用优良的抗震结构形式。抗震概念设计阶段，一定要高度重视上部和下部的结构连接处等薄弱部位的设计，桥墩的形式、孔洞处连接部位的设计等的选择。

结合桥梁所在地的现场条件，对方案进行动力特性分析和地震反应评估，看方案是否能够承受规定的抗震等级，通过配筋和构造设计用以加强结构的抗震薄弱部位的刚度，确保桥梁的整体抗震性能。在最后，根据分析和评估的最终结果，确定抗震结构体系的好坏，进而确定是不是要修改桥梁设计方案。

3.2 新型桥梁抗震设计措施

传统的桥梁抗震设计主要是从强度和延性两个方面来增加桥梁的抗震能力，使桥梁能够承受更大更猛烈的地震冲击。但是现在还不能清楚明确地认识桥梁结构的抗震能力，更不用说地震作用，所以，在地震发生时，很多的桥梁结构都受到严重损害，甚至倒塌。为了避免这类事故的再次发生，工程师改用型钢混凝土，这种结构比钢筋混凝土有更明显的优势。型钢混凝土的承载力是相同外形的钢筋混凝土构件的承载力的2 倍以上，并且具有较好的抗剪能力，有比钢筋混凝土更好的延性，将桥梁变形控制在较小的范围内，提高了公路桥梁结构的安全性，这些优点集在一起，使型钢混凝土有突出的抗震能力。