公路桥梁结构抗震设计研究

郭迪金（赣州忠信公路工程监理有限公司，江西赣州341000）

公路桥梁结构抗震设计研究

郭迪金
（赣州忠信公路工程监理有限公司，江西赣州341000）

公路桥梁作为重要的交通结构，其抗震性以及安全性与人们的生活息息相关，为此，以具体桥梁为实例，重点分析抗震设计方案，提升桥梁质量的措施，以期为桥梁设计人员提供一定的参考。

公路；桥梁；结构；抗震；设计

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.024

1 引言

桥梁结构设计需保证其可靠及安全性，要求桥梁结构安全和完整，防止桥梁受到地震的影响而遭到破坏，出现严重的安全事故。所以，在地震多发区域架设桥梁时，必须要保证其具备一定的抗震性。对可能会发生地震的区域进行详细分析，力求保证桥梁在经历地震之后，还能保持其安全通行，或者尽量的减少地震所带来的危害，以便日后维护。

2 工程概况

案例工程处于地震断裂带，此处的抗震等级比较高，在进行桥梁设计过程中必须对桥梁的抗震性能进行严格的计算和设计。本工程桥梁结构涉及到方方面面，桥梁跨度比较大，各墩型刚性差别比较大，因此，在桥梁结构设计时，需进行抗震计算，计算时要以可能出现的最坏情况为主要设计依据。此处桥梁设计工作主要包括计算结构、抗震计算、结构设计以及抗震措施选择。

3 计算结构的选取

3.1 计算方法

本工程抗震设计依据为《公路桥梁抗震设计细则》[1]6.3条及其条文方法。本方法中对桥梁结构水平顺桥向和水平横桥向的具体布置进行抗震分析。本桥梁上部结构设计为连续结构，中间墩柱采用固定盆式支座，其余墩柱则选择单向或双向盆式支座。这样，地震发生时，顺桥向地震力由固定支座承担，横桥向的地震力由各个墩柱共同承担。

3.2 桥址地震参数

本桥梁结构设计主要数据为：抗震设防裂缝8度，地震作用下抗震重要性系数0.43、设计基本地震动加速度0.20g、建筑场地类别为Ⅲ类、地震反应谱特征周期0.55s、区划图上的特征周期0.40s、场地系数1.2等。

3.3 结构选取

桥梁整体抗震结构计算的单位，通常是以伸缩缝作为分割部门，使用这种方法将本桥梁分成若干单元。大型桥梁通常可以分成上百个单元结构，但是，在实际抗震性计算时，不需要对所有单元都进行抗震性分析，因此，可以根据设计要求，选择几段比较有代表性的区域即可，而选择的单元必须能够代表桥梁的整体情况。表1所示为本桥梁设计抗震性能控制单元。

表1 抗震设计的主要控制计算单元

在进行单元划分时，主要考虑的因素是桥梁宽度、长度、最大跨度及墩高度等等。主要是由于在对桥梁抗震设计过程中，以上因素都会影响桥梁整体抗震性能，与此同时,还会对桥梁整体产生多方影响。在实际设计计算过程中，为了简化计算过程，通常选择影响最大的某个因素进行重点分析，进而确定桥梁支撑墩柱的具体尺寸，并以此为基础，结合其他因素,最终确定墩柱横截面尺寸。为了保证墩柱与桥梁达到比例协调，本工程以桥宽作为基本数据。桥宽一定时，顺桥向最大地震力主要取决于最大联长控制，横桥向最大影响是由桥梁最大跨度决定的[2]。

4 结构抗震设计

结构抗震性能的研究主要以单柱墩为对象，利用反应谱法的计算公式进行参数计算。首先，通过计算可以得出顺桥向作用于支座顶部，以及横桥向作用于桥梁上部结构的地震力。然后，通过计算得出在此地震力影响下桥梁发生的水平位移和基础顶面的水平位移。通过一系列的计算得出，顺桥向和横桥向对地震的效应与永久效应组合，根据此处的计算数据可以得出，桥梁中受压部件在规定情况下的桥梁强度，此时可以对桥梁墩柱的纵筋进行设计。

5 桩基础和墩柱设计

单柱墩结构的底部部分存在潜在的塑性铰区域，根据地震作用情况可以计算得出墩柱的配筋。同时，依据顺桥向和横桥向的极限弯曲值进行计算，最关键的因素在于选材的强度、最不利轴力以及超强系数。极限弯曲值再与剪力、轴力值相结合，即能得出最佳的桩直径以及组合，此时桩应保持弹性状态，同时，根据设计规范对桩负荷进行计算，保证桩在承受力范围之内[3]。

在桩基础设计过程中，需要考虑非常多的因素，其中以极限弯矩值最为关键，由于其能确定桩基础的配筋数量和形式，还能根据对应的剪力值得出墩柱的高度；轴力值在进行设计计算时，一般需要综合桥宽、跨数以及跨径等等。本设计选择最简单的计算方式，使用关键因素假定法进行设计计算，进而得出最适合的桥梁结构。对桩基础的设计，最关键的部分在于竖向承载力的计算，通过计算得出本次桩基础直径及其组合为：桥宽13m和17m时，桩基础为3桩或者以上群桩进行施工；当桥宽为9.5m和8m时，桩基础为双桩结构。计算完成之后，在使用轴力值和剪力值对桥梁进行重点验算，保证强度符合要求[4]。

6 抗震设计要点

1）选择最佳墩柱截面。如果墩柱截面设计太小，则其强度根本无法满足地震要求；如果墩柱截面设计较大，则会出现承载力过大的现象，进而导致整个桥梁基础构件尺寸过大。

2）在选择固定支座墩时，一般不会选择矮墩结构，因为矮墩有非常好的刚性，会对整体桥梁抗震性产生负面影响。

3）边梁两端和桥柱间应有充足的间隙，防止地震发生时出现落梁现象。

4）桥墩上部结构一般会设置若干钢混结构的限位块，防止地震发生时出现横线位移的现象。

5）桥台背墙与梁段间加装胶块，能有效缓冲水平地震力。

6）本桥梁施工中使用的是抗震性盆式橡胶支座，能够加强抗震性能，在进行墩顶尺寸计算时，保证支座尺寸低于墩顶尺寸。

7 提高结构抗震性能的方法

桥梁抗震性能设计应该体现在桥梁整个设计过程中，桥梁设计方案一旦确定下来，就要重点考虑抗震性能如何实现，通过大量的计算和验算得出最佳设计方案。

7.1 隔震支座法

隔震支座法是目前使用最多的一种抗震方法。该方法能有效提高桥梁柔性和阻尼，进而减轻地震对桥梁的作用力。具体实施方法是：使用隔震支座与墩、台接触面，设计或者使用新材料，来提高结构的柔性及阻尼。通过大量的实验得出，该方法效果较好，且性能比较稳定，可以长期作为桥梁减震方案的选择。此种方法可以有效降低水平地震力对于桥梁的作用，彻底减轻地震对桥梁的伤害，保证桥梁安全运行。

7.2 通过隔震支座和阻尼器结合来提高抗震性

隔震支座的抗震性能极佳，提高桥梁抗震性除了增加隔震支座，还可以通过提高阻尼来实现，两者可以结合在一起，共同实提高桥梁的抗震性能。隔震支座和阻尼器可以保证桥梁受地震影响塑性变形量增加，有效吸收地震能量，将对桥梁的损害降到最低，从而彻底提高桥梁的抗震性能。

8 结语

桥梁设计中，为了保证其结构的完整性，必须重点考虑桥梁的可靠性、安全性和功能性。本文以某桥梁为案例，经过对桥梁抗震性能的严密计算和验算，得出具有最佳抗震性能的结构形式，提前预测遭遇地震后可能会发生的最坏状况，从结构设计、抗震计算、结构选择上进行深入分析设计研究，通过大量的试验，总结出一些实际可行的桥梁抗震措施，以保证桥梁遭遇地震后不被损坏。

【1】李翠茹.地震对桥梁的影响及桥梁抗震措施分析[J].华东公路，2013 (3)：65-67.

【2】仲照红.简析提高桥梁抗震能力的设计方法[J].城市道桥与防洪，2013(8)：132-133.

【3】贾启彬.论桥梁抗震的重要性[J].企业技术开发，2012(16)：142.

【4】高建平.论桥梁抗震模型建立分析的目的[J].科学之友，2011(3)：63.

Study on Seismic Design of Highway Bridge Structure

GUODi-jin
（GanzhouZhongxinHighwayEngineeringSupervisionCo.Ltd.，Ganzhou341000，China)

Highway Bridge as an important traffic structure, the earthquake resistance and safety and people's life, therefore, to theconcretebridge asan example,analysisof seismicdesign, improve thequalityof thebridge, toprovide reference forbridge designers.

highway;bridge;structure;earthquakeresistance;design

U411+.3

A

1007-9467（2016）12-0093-02

2016-09-20

郭迪金（1968～），男，江西赣州人，工程师，从事公路桥梁设计及监理研究。