混凝土桥梁施工过程延性抗震设计

黎志辉　练志娟　徐定超

（扬州大学建筑科学与工程学院，江苏扬州　225127）



混凝土桥梁施工过程延性抗震设计

黎志辉练志娟徐定超

（扬州大学建筑科学与工程学院，江苏扬州225127）

摘要：从限制条件、概念设计、上部结构选择、桥墩和基础选择、延性抗震选择等方面，对混凝土桥梁施工过程延性抗震设计进行论述，提出了加强箍筋设计的实验方法，提高了桥梁延性抗震强度，解决了桥梁施工中延性抗震设计的难题。

关键词：延性抗震设计，桥梁，箍筋，延性实验

0　引言

桥梁，承载着人类祈求沟通的心愿，鼓舞着人们追求跨越的梦想，一座功能明确、造型精美、技术先进的桥梁，建成以后往往成为一个地方的地标建筑，桥梁是道路的重要组成部分，是交通工程中的关键性枢纽，在交通发展中起着非常重要的作用。国内外的地震灾害表明，震区桥梁的损坏坍塌，不仅阻碍当时的救灾行动，而且影响灾后的恢复工作。政府部门对桥梁抗震十分重视。近几十年来，在都市地区发生的地震中，值得注意的是，虽然加强了结构抗震的性能，结构强度相当高，但是桥梁的破坏仍然十分严重。桥梁震后破坏表现出的根本原因源自于不合理的结构抗震体系以及设计，细部结构方面的缺陷；桥梁的延性抗震再一次吸引了大家的眼球。通过课题组同学对混凝土梁桥的理论和实验研究，旨在对延性抗震进一步了解，为现场施工人员提供参考。

1　桥梁限制条件

受到桥梁功能要求、路线走向以及桥址地质条件等因素的制约，桥梁结构体系的选择受到很大的限制。因此在设计的最初阶段，就应该考虑桥梁抗震的要求，以利于选择最佳的抗震结构体系。功能的限制，本桥为三级公路上的中小跨桥梁，车道数设计为双车道，车速为60 km/h，桥宽为12 m，路线走向为垂直水流方向。

2　桥梁结构概念设计

地震是一种不确定的自然现象，对桥梁结构的破坏也无法准确的知道。在理论上，本桥梁设计地震水平是多遇地震，结构反应是弹塑性，设防目标是结构不倒塌。经过计算和实验模拟，从地震作用计算，构件强度验算，结构和支座变形验算等方面，抗震性能准则是严重破坏，经临时加固，可恢复部分运营功能，我们实验组考虑延性概念设计思路，明确桥梁抵抗水平地震作用的墩台数是4个，位置在离河岸5 m位置，以桥墩为延性抗震结构，能力保护构件是伸缩缝和基础。

3　桥梁上部结构类型的选择

桥梁的总重量主要集中在上部结构，加大了下部结构的设计地震力，所以实验组选择了箱形界面，同时上部结构与墩台的连接方式是刚接，横向和纵向地震反应特征相同。上部结构采用预应力混凝土，抵抗竖向地震反应，同时考虑到裂缝的作用会使预应力混凝土抵抗弯矩能力明显下降，最后考虑伸缩缝的作用，防止温度变化过大和混凝土的收缩及徐变产生纵向位移。

4　桥墩类型选择

桥墩的类型，实验组选择了轻型多柱式桥墩。该桥墩目前应用广泛，形式多样，与基础固结，中部的弯矩可以大大小于单柱式桥墩，增加了结构的超静定次数，增加了抵抗地震侧向的边防线。上部结构的位移较小，桥墩中设置一道横系梁。

5　基础类型选择

摆动扩大基础在较低的水平地震侧向力作用下，基础将趋向两侧摆动，墩底不会形成塑性铰。在基础下增加一个反力块，可以避免摆动时基础发生塑性变形。

6　桥墩延性选择

1）桥墩纵向钢筋的含量不宜太低，也不宜太高，选择钢筋含量0. 05，纵筋之间的最大间距取18 cm。2）桥墩横向箍筋的考虑，横向箍筋用于约束塑性铰区混凝土，提高抗剪能力，防止纵向钢筋压屈。3）延性桥墩塑性铰区长度AASHTO规范规定：max（b/ max，1/6hc，457 mm）。4）钢筋的锚固与搭接，塑性铰区截面内钢筋的锚固和搭接规定：纵筋搭接接头只能出现在桥墩中间一般墩高的范围内，纵筋搭接内箍筋间距不得大于10 cm。

7　箍筋约束混凝土桥墩的延性

对混凝土桥梁，抗侧力桥墩的延性设计成为延性桥梁设计中的关键，其他的截面尺寸通常都很大，不容易设计成耗能的构件，基础的重要性和它的难以修复，通常保守设计以防止其损坏，所以桥梁设计成延性地抵抗地震作用，选择桥墩抗震是可行的。混凝土桥梁理论的延性是由桥墩塑性铰区的塑性转动能力获得的，箍筋的约束使混凝土的延性大大提高。

国外关于钢筋混凝土柱延性研究结果：轴向压力对钢筋混凝土柱的延性影响很大，当轴压提高时，延性下降。适当地增加箍筋配置，可以大幅提高截面的变形能力，滞回阻尼特性和塑性耗能能力。

国内的研究结果：纵筋含量对钢筋混凝土柱式桥墩的延性影响不大，轴压比比较小时，其变化对柱式桥墩延性的影响不大。

本文进行两个实验：单调加载静力实验和拟静力实验。1）单调加载静力实验。实验描述：模型桥墩在压力机的加载下是逐渐缓慢施加的，使实验过程不产生震动影响，在短时期内对实验对象平稳地一次施加荷载，直到实验对象的破坏。2）拟静力实验。实验描述：对结构或结构构件施加多次往复循环作用的静力试验，是使结构或构件在正反两个方向重复加载和卸载的过程，用以模拟地震时结构在往复震动中的受力特点和变形特点。实验结果：钢筋混凝土多柱式桥墩，可以适量降低约束钢筋用量，在低轴压比的情况下，钢筋混凝土柱塑性铰区范围内的最低约束箍筋用量由钢筋细部构造设计规定确定。约束箍筋含箍率提高，塑性铰区截面核心混凝土的约束程度提高，因此大大提高核心混凝土的极限压应变，尽可能使约束箍筋间距减小，获得更好的约束效果和延性。

8　结语

本文对混凝土梁桥的延性抗震设计进行了简单的叙述，重点介绍了延性抗震的优势，指出桥梁延性抗震是可行的，同时在实际中可以广泛使用。所有的研究，都需要在实践和实验室中，工程师和科研人员继续努力研究。

参考文献：

［1］范立础，卓卫东.桥梁延性抗震设计［M］.北京：人民交通出版社，2001：81.

［2］李宏男，陈国兴，林皋.地震工程学［M］.北京：机械工业出版社，2013.

［3］李爱群，丁幼亮，高振世.工程结构抗震设计［M］.北京：中国建筑工业出版社，2008.

On ductility seismic design for concrete bridge construction process

Li Zhihui Lian Zhijuan Xu Dingchao
（College of Architectural Science and Engineering，Yangzhou University，Yangzhou 225127，China）

Abstract：Ductility seismic design of concrete bridge construction process is discussed，from the restrictive conditions，the conceptual design，the choice of the upper structure，piers and foundation，ductility seismic choose，the essay puts forward strengthening the stirrup design experiment method，the bridge is raised ductility seismic intensity，and solved the ductility seismic design of bridge construction.

Key words：ductility seismic design，bridge，stirrup，ductility test

中图分类号：U441. 3

文献标识码：A

文章编号：1009-6825（2016）09-0163-02

收稿日期：2016-01-15

作者简介：黎志辉（1990-），男，在读硕士