市政桥梁设计的防震设计探究

2016-11-17张永生安徽省建筑科学研究设计院安徽合肥230001

安徽建筑 2016年5期

张永生（安徽省建筑科学研究设计院，安徽合肥 230001）

市政桥梁设计的防震设计探究

张永生（安徽省建筑科学研究设计院，安徽合肥 230001）

在桥梁建设方面中国始终处于领先的地位，但是因为国内不少地方发生地震的概率低，所以没有很多的建筑防震设计经验，因此国内在市政桥梁防震设计方面还存在一定缺陷，文章分析了市政桥梁震害的因素，研究设计市政桥梁的基本原则和理念，并且提出了几种合理的解决措施。

市政桥梁；防震设计；探究

纵观历史，市政桥梁始终都是交通项目建设的关键部分，市政桥梁每天都需要承载大量的人流，不但能够帮助桥梁连接两地交换物质和金钱，也能够促进各国之间的文化传播。但是在自然灾害面前桥梁遭受到严重打击，因此人员也应该注重建筑的安全性，怎样有效避免地震带来的巨大影响，为未来设计和发展市政桥梁的关键，依据震害的成因分析基本原理，然后提出合理的解决措施，为以后发展市政桥梁奠定基础。

第一，梁式桥梁会因为地震位移导致上部节点活动位置由于没有设置足够的盖梁宽度出现落梁或者梁体碰撞的现象，以至于严重影响桥体结构。拱式桥梁一般来说都是破坏拱土和腹拱结构导致的，拱顶和拱圏的拱角位置会形成裂缝，严重甚至导致变形。

第二，地震发生以后会液化桥梁地基土，极大程度上破坏了桥梁基础，同时地表也会出现一定的位移，对桥梁结构整体稳定性造成严重影响，增加桥梁落梁出现的概率。

第三，设计桥梁抗震结构的时候经常忽略支座设计的抗震性，因为支座没有足够的抗震性能，以至于在地震的影响下，地表形成比较大的变形和位移，严重影响梁上部结构稳定性，导致出现不稳定的桥梁结构，上述这种现象会破坏桥梁的众多部位。

第四，地震对桥梁下部结构的破坏。桥梁下部结构存在相对比较差的抗震性能，地震发生以后桥梁下部结构形成横向裂缝和竖向裂缝，若桥梁下部结构形成裂缝会严重破坏桥梁整体结构。

第五，软土地基桥梁受到地震影响以后会降低桥梁长度，同时也会引发桥梁地基的移动，属于一种危害性最大的桥梁震害。

从古至今，桥梁防震设计都是十分重要的。古代设计桥梁结构的时候就能够充分研究自然灾害的影响，设计出很多千年不倒的桥梁。国内设计市政桥梁的主要理论就是西方工程学，相比较古代桥梁结构来说，现代桥梁架构存在很大差距，但是具备相似的性质，都包含地质学科、工程力学的理论。设计桥梁防震结构主要包括两方面——隔震和防震。防震实际上是依据提高桥梁结构总体强度来确保桥梁设计的抗震能力，隔震实际上就是提高设计的针对性，提升桥梁结构主要部位和构件性能，科学的使用阻尼来对桥梁结构设计，以便于降低关联损坏和提升桥梁结构抗震能力。

市政桥梁存在不同功能类型和多样化的形式，设计过程中具备不同的要求，如立交桥设计中一般主要就是多支柱，桥面重心和高度相对比较高，设计桥梁防震标准的时候，需要高出低桥面很多。所以桥梁设计过程中首先明确设计目标，然后分析设计中技术标准和设计需求，在整个工程中进行防震设计，防震设计并不是独立存在的。此外，设计桥梁防震结构的时候有机统筹经济效益和防震效果，因地制宜地进行设计，在对造价进行控制的前提下保障设计的效果。设计桥梁结构中应该考虑实时数据，了解环境地质特性、环境情况，对施工场地进行实地考察，进行系统的分析，选择稳定性比较好的隔震设备[1]。

设计桥梁减隔震的时候需要尽可能降低地震给桥梁造成的损害，现阶段开发高效科学的减隔震支座是实现防震、隔震的主要途径。利用模型来对桥梁结构进行计算，对支座系统参数优化以作为设计的标准。目前减隔震支座设计中依据技术的基本原理可以分为三种类型：滑动摩擦类隔振支座、粘性体减震支座、叠成钢板橡胶类支座。设计大跨桥梁结构长应用减震技术，不同于市政桥梁设计结构的就是自然阻碍桥梁，一般具备比较小的跨度，但是因为多种因素不是十分常见大跨桥，基本上都是应用在困难高架桥改建中。市政桥梁设计中主要应用半主动、主动以及被动控制的减震阻尼器方式，对阻尼特效和结构刚度调整以后可以降低振动幅度和桥梁位移，尽可能降低地震的损害。被动减震器技术主要包括粘弹性阻尼器、摩擦阻尼器、金属阻尼器等，上述设备可以有效降低发生地震时梁被输入的能量，具备维护成本低、可靠性好的优势。主动控制减震系统没有很高的应用频率，实际上就是利用外部能力来对运行形势进行改变，虽然拥有比较好的控制效率，但是目前该技术不是十分成熟和也不具有可靠性。

市政桥梁设计过程中分析桥梁易损性是主要内容，实际上就是说在一定地面运动参数地震模型的情况下来研究构件的损失概率。地震模型参数有地面持续运动的时间、地震运动加强速度峰值等，上述信息数据就需要具备能够支持监测地震的设备。结构损伤程度包括5个等级，分别为无、轻微、中等、严重、完全。分析地震易损性的过程中主要有3个步骤，即绘制易损性曲、分析结构地震反应、评价构件实验数据损伤程度。上述系统步骤中都需要科学、系统的理论和数据信息[2]。

目前市政桥梁设计的主要结构形式为钢筋混凝土，为了避免地面建筑出现比较多的高架桥，受到偶然荷载、自然条件等的影响，经常会出现性能裂化，以至于传统的防震设计已经逐渐不能满足实际需求，影响结构域的抗震性能。但是如果想要拆除或重建市政桥梁会浪费很多成本，因此，初始设计的时候需要预留一定的空间。柱间浇筑填充墙加固技术、外包钢加固技术、加大截面法加固技术等都是现阶段常用的技术，近年来桥梁设计人员越来越注重纤维材料加固技术，初始设计桥梁的时候需要依据附近情况，来为以后维护加固预留一定的空间[3]。

设计市政桥梁防震结构的时候应该充分研究地质条件、地面水情况、桥址、车流量、人群分布等，然后依据科学的设计方式和选择合适的材料来进行施工。经过多年的研究和发展，需要注重细节的设计，形成设计市政桥梁防震结构的基本理念，尽可能降低震后桥梁的损失[4]。

建筑行业成为现代化社会发展的热点问题，目前社会正在大力发展市政桥梁工程，但是实际操作中防震结构的设计还是会出现一定问题和不足，怎样存利去害是未来研究的重点。优化市政桥梁的过程中首先对结构进行改进，明确了解市政桥梁设计中有利于和不利于抗震结构设计的部分。重点分析附属抗震技术、结构抗震设计以及桥梁形状设计等内容[5]。

设计市政桥梁防震结构属于高科技含量的工程，不仅需要科学专业知识，也需要专业的科学人才，依据先整体后细节的方式来建立桥梁的整体结构，然后逐项分析处理桥梁体系。建设桥梁的时候需要验证所有步骤，对校验结果进行核查，如建设材料如果出现磨损或者裂缝，此时需要加固处理所有材料结构，建设中不管是大问题、还是小问题都需要及时解决，如检测使用材料的安全性和强度[6]。