现阶段公路桥梁设计及其抗震优化的探究

2016-03-11武圣章

黑龙江交通科技 2016年11期

关键词：延性桥墩移位

梁祥，武圣章

(1.上海市城市建设设计研究总院江西分院，江西 330000；2.江西省公路科研设计院，江西 330000)

现阶段公路桥梁设计及其抗震优化的探究

梁祥1，武圣章2

(1.上海市城市建设设计研究总院江西分院，江西 330000；2.江西省公路科研设计院，江西 330000)

随着我国交通事业的飞速发展，公路桥梁建设逐渐成为了当前社会发展的重要部分，公路桥梁作为公路交通运输的一个重要组成部分，其设计的好坏不但关系到公路桥梁的安全、稳定运行，还会对国家的基础设施建设造成重大影响，本文主要对现阶段公路桥梁设计及其提高抗震能力的措施进行探讨。

公路桥梁；抗震设计

1 公路桥梁结构震害及其原因分析

1.1 桥梁上部结构的震害

这类震害，根据其产生原因一般可以分为移位震害和结构震害，其中移位震害的比较常见，一般容易出现在设有伸缩缝的位置，其主要表现为上部结构的横向移位、纵向移位以及扭转。当上部结构的移位超过了台、墩等的支撑面时就容易会产生严重的落粱震害，其原因是由于墩台的支承宽度不够或限位构造不牢导致，在地震力的影响下，使得梁与墩台之间产生相对位移，移位较大时就容易出现落梁现象。

1.2 桥梁墩柱的震害

这类震害主要表现为：桥墩沉降、倾斜、移位，墩身开裂、剪断，钢筋裸露屈曲等等。其震害的主要特征是：塑性铰破坏和剪切破坏，通常柔性桥墩容易产生塑性铰破坏，主要出现在墩柱底部、顶部和墩柱与系梁连接处，在地震力的影响下容易导致塑性混凝土剥落、破碎，从而失去承载能力；而剪力破坏则主要表现在刚性桥墩上，由于桥墩的变形能力小，主要以刚性强度来抵抗地震力的影响，当地震力超出其承载范围时，就容易产生剪切破坏。

1.3 附属工程的震害

这类震害，通常发生在桥梁的主梁与下部墩柱以及桥台连接处都是最为脆弱的部位。在受到地震力的影响下，如果附属工程没有一定的限位承受力就容易产生震害现象，其主要表现为挡块碰撞破坏、伸缩缝拉断、支座脱离主梁、台胸墙剪断等。

1.4 地基基础的震害

这类震害通常是受到地震力的影响，地基很容易受到破坏，主要是指地震作用下因砂土液化、不均匀沉降及稳定性不够等因素导致的地层水平滑移、下沉、断裂，而地基的破坏一般都会导致基础的破坏，主要表现为基础的移位、倾斜、下沉、折断和塑性铰破坏。

2 公路桥梁设计中抗震设计要点

2.1 桥梁上部结构的抗震设计

加强公路桥梁的上部结构的抗震设计，其主要目的是通过提高桥梁上部结构的整体性，来对桥梁上部结构发生的位移进行限制，以提高其抗震性能。因此，在桥梁上部结构的抗震设计中，为了减少了桥梁的伸缩缝，并降低桥梁因桥跨分离而发生位移的风险，甚至引发落梁事故，因此对于主梁的设计可以用连续梁来代替简支梁。倘若由于施工条件的影响必选用多跨简支梁时，那么就可以将其设计成为先简支后连续、结构连续的构造，并采用连续性的桥面，进而加强梁间的纵向与横向的联系。

2.2 桥梁下部结构的抗震设计

在桥梁下部结构的抗震设计中，通常都采用重力式T形或U形结构来作桥台的截面形式，它与带耳墙的埋置式桥台和柱式桥台相比，具有抗震性能好，施工便捷，造价成本低的特点。此外，还需要考虑桥墩的延性，通常可以采用合理的设计来提升桥墩的延性，使之在地震力的作用下可以形成比较稳定的延性、塑性铰，从而产生弹性变形来以分散地震力的影响。

2.3 桥梁连接件的抗震设计

在桥梁结构抗震中，在支座和伸缩缝等薄弱部位都容易受到地震力的影响。因此，在对桥梁连接件部位进行抗震设计时，我们要尽量降低伸缩缝数量，而且，在伸缩缝的设计中，要求它的支承面有一定的变形力和宽度，来应对在地震力影响下产生的位移。

2.4 桥梁结构方案的设计

在桥梁设计中需要注意，首先合理的设置桥梁结构的重心高度，减小桥梁的自重，从而减少桥梁的内应力，达到提升桥梁结构的稳定性；其次合理的设置桥梁结构的长度与高度，减少桥梁结构各个部位之间的震动差异；再次合理的设置桥梁结构的刚度，采用延性材料来加强结构的变形能力，并最大程度上调整好桥梁结构的质量中心和刚度中心的重合，从而来减少地震的附加地震力；最后加强对地基的处理，尽量避免地基的变形而带来不必要的影响。

3 公路桥梁抗震优化对策

3.1 采用桥梁延性控制法

在桥梁结构抗震性能设计中桥梁的延性减震也是十分普遍的方法，其主要做法是加强桥墩某些部位的延性，让这些部位在地震作用下依然能够形成稳定延性塑性铰，进而产生弹塑性变形来延长结构周期，达到分散地震的能量的目的。

3.2 采用隔震支座和阻尼器相结合的系统

利用增加公路桥梁结构的柔性和阻尼来降低桥梁的地震反应带来的影响，是当前抗震设计中应用广泛的手段。隔震支座法能够有效的加强桥梁的抗震性能，同时增加对地震力的阻尼也能够有效的提升桥梁抗震性能，将二者结合起来，抗震性能会加倍。隔震支座和阻尼器可以在地震的作用下，加强桥墩的弹塑性变形从而耗散地震能量，从而有效的降低桥梁墩、台所受的水平地震力带来的影响，达到提高了桥梁结构的抗震性能的目的。

3.3 引进新型桥梁的抗震设计方法

在以往的桥梁结构抗震设计中，我们主要采用提高结构强度和增强结构延性的方法来保障桥梁结构抗震能力。但是这种方法在实际应用中有一定的局限性，由于地震的影响力与桥梁的抗震能力都是未知的，因此，当地震发生时，桥梁依然受到了损害。所以，引进新型的桥梁抗震设计法势在必行。现阶段，在桥梁结构设计中我们开始采用型钢混凝土结构，这种型钢混凝土结构具有承载能力强、抗剪能力强、延性强的特点，因此，逐渐被广泛应用。