基于公路桥梁结构抗震设计研究

张珍珍 冯晓庆

周口市公路勘察设计院

基于公路桥梁结构抗震设计研究

张珍珍 冯晓庆

周口市公路勘察设计院

在公路桥梁工程建设中，抗震设计是具有实用性的重要环节，其设计质量的优劣对公路桥梁工程的使用性能及抗震能力将起到关键性的作用，如设计不符合施工要求，会造成极大的人员伤亡及财产损失。做好抗震设计工作是确保公路桥梁工程施工质量的重要保障，在公路桥梁工程施工中，要求该工程具有良好地抗震性、稳定性。由此可见，抗震设计在公路桥梁工程施工中具有重要意义。

公路桥梁；抗震设计；参数；要点

一、公路桥梁主要震害现象及原因分析

1、震害现象

从早期历次破坏性地震中，调查得到的公路桥梁主要震害现象可以总结为以下几类：

(1)上部结构的坠毁、落梁现象在早期的破坏性地震中常有发生。从梁体下落的形式看，顺桥向的占绝大多数。梁在顺桥方向发生坠落时，梁端撞击桥墩侧壁，给下部结构带来很大的破坏。据此认为，最危险的地震作用方向来自于顺桥方向。

(2)支承连接部位的破坏、桥梁支座、伸缩缝和挂梁悬挂节点等支承连接部位历来被认为是桥梁结构体系上抗震性能比较薄弱的一个环节，在早期历次破坏性地震中，支承连接部位的震害现象都极为普遍。

(3)下部结构的破坏、墩、台严重的破坏现象包括倒塌、断裂和严重倾斜；对钢筋混凝土桥墩，其它破坏现象还包括墩柱轻微开裂、保护层混凝土剥落、纵向钢筋屈曲和断裂等。基础自身的破坏现象则较少发现，其震害的主要形式表现为基础沉降、滑移等。上部结构坠毁极少是源于直接的地震动力效应，而是源于支座失效和下部结构的失效。下部结构失效的直接起因，早期最普遍的是源于地基液化或岸坡失稳，也有部分源于自身强度的不足。

2、震害原因分析

(1)设计方法上的缺陷。对近期几次破坏性地震的调查表明，遭受严重破坏的桥墩都是采用基于线弹性理论的强度设计原理进行设计的。在这种设计方法中，唯一考虑的因素只有静态的“力”，而没有考虑“变形能力”和“耗能能力”。这就导致钢筋混凝土墩柱在强烈地震动作用下，往往因设计弯曲延性不足或塑性铰区设计抗剪强度不足而弯剪破坏或剪切破坏.

(2)细部构造方面的缺陷。细部构造方面的缺陷包括横向箍筋数量不足和间距过大，因而不足于约束混凝土和防止纵向受压钢筋屈曲，纵向钢筋和横向箍筋锚不足导致粘结失效，以及主筋采用搭接或焊接接头没有错层等。细部构造方面的缺陷对桥梁结构抗震性能的不利影响，早已被桥梁震害实践所反复证明。另外盖梁和节点破坏的原因类似于墩柱破坏，也主要源于设计方法和细部构造两方面的缺陷。

二、公路桥梁抗震设计的参数

随着科学技术水平的不断提升，我国桥梁结构设计也越来越完善，抗震设计作为桥梁结构设计的重要组成部分，其主要参考参数主要有3个方面：刚度、强度及延性。

1、刚度

在地震侧向力作用下位确保结构变形计算的准确性和可靠性，必须对其变形情况进行有效控制，这种情况下，相关工作人员必须将实际结构刚度准确估算出来，这个量值可以将荷载、作用力及结构变形进行紧密连接。公路桥梁结构刚度估算值对结构地震反应位移预期值具有关键性的作用。

2、强度

结构强度是否符合设计规定对地震破坏程度具有关键性的作用，较高的强度可以保证在地震作用下公路桥梁免遭损坏，并在其弹性地震反应中所出现的内力进行有效抵抗。这种方式如应用在普通桥梁设计中，将大大增加成本，造成极大浪费。基于此，在实际抗震设计中，强度一般都会选用弹性地震力25%到50%之间的一部分，同时依靠结构中的非弹性变形能力，增强公路桥梁的抗震能力。

3、延性

为将地震破坏能力降到最低值，避免公路桥梁遭到极大损坏。在地震作用下，如桥梁出现变形等情况，此时应确保其能对大部分初始强度进行维持。在非弹性反应范围内，结构、构件及材料可以对其变形情况进行抵抗，这种情况下都会选用延性进行表述。作为地震地段公路桥梁结构必备的重要特征，延性有助于在地震中桥梁结构免于破坏，主要原因就是地震对公路桥梁结构的作用是以运动方式出现，而不是力的方式。

三、公路桥梁结构抗震设计要点分析

抗震设计理念应该贯穿在整个桥梁结构的设计过程中，从设计方案选择上注重桥梁的抗震性能，通过反复的实验和推敲来确定桥梁设计的方案。

1、上部结构抗震设计

在公路桥梁抗震设计中，其上部结构及截面形式，必须遵循跨径多少进行准确确定。当公路桥梁具有较大跨径时，其截面必须选用箱型，这种结构的抗震能力较强，同时还具备良好的抗扭刚度。据相关数据显示，为增强桥梁的抗震能力，对其上部结构的整体性不断增强、对其位移进行有效限制，都是增强其上部结构抗震能力的主要方式。

2、下部结构抗震设计

在公路桥梁抗震设计中，应在地基较为稳定的地方进行桥台布设，其下部桥台结构应选用U形或T形。在延性方面，钢筋混凝土桥墩相比石砌或混凝土预制块砌筑的桥墩延性要好很多，同时在截面方面，空心截面桥墩比实心截面桥墩延性要好，基于此，在具体施工设计中，应优先选用空心截面的钢混结构桥墩，同时依据桥墩高度的多少进行上部结构与下部结构合理联接方式的选择。

3、连接件的抗震设计

在桥梁抗震设计中，其整体抗震性能最薄弱的一个环节就是连接件，如支座和伸缩缝等，在伸缩缝位置多发生梁体位移等情况，基于此，在桥梁抗震设计中必须将伸缩缝数量尽可能地减少。在伸缩缝选用中，必须使其变形能力对预计地震发生的位移情况进行有效满足，确保有充足的宽度存在于伸缩缝支承面上，并将限位器、剪力键橡胶支座在其上面进行设置，确保其具有相应的能量消除作用。

四、结束语

综上所述，随着社会经济的不断发展，路桥工程作为我国基础建设中的一项重要建设项目，其抗震设计质量是否良好直接关系着工程的整体质量。在公路桥梁工程建设中相关部门必须严格按照每一道工序的规范要求，对各环节质量严格把关，做好抗震设计工作，确保整体工程施工质量达到合格水平，并努力实现创优目标。因此，我们必须加快研究，不断采用新技术、新工艺，改善工作条件，提高工作效率，促使路桥工程事业的快速发展，为国民经济的增长奉献一份力量。

[1]廖哲；李岳桃.雅泸高速公路桥梁抗震设计与应用[J]；湖南交通科技；2010年04期

[2]胡兆同；刘健新；薛晓锋.公路桥梁抗震能力静态参数及构造措施的调查研究[J]；公路；2016年10期