关于匝道桥的抗震概念设计

薛阿畅

【摘 要】桥梁是交通生命线工程的重要组成部分，地震后，如果桥梁发生破坏，则将阻碍及时的救灾行动，加重次生灾害，不仅导致人民生命财产的直接或间接损失，还影响到灾后的恢复与重建。因此，桥梁的抗震设计历来受到人们的重视。

【关键词】匝道桥；抗震概念；设计

引言

抗震概念设计是不着眼于抽象的计算模型、计算方法、计算数值、计算结果，而是着眼于桥梁结构的总体地震反应。即从地震时桥梁的破坏机理和破坏过程的角度，来调整桥梁结构设计方案的整体布局，从根本上提高结构整体抗震性能。其内容包括：合理选址、桥梁的总体布置的合理性、结构延性的考虑、多道设防等各个方面。

一、我国地震设计现状

（一）抗震概念设计研究现状

在桥梁抗震设计研究方面，目前国内外在减隔震技术、桥墩延性抗震设计、防落梁措施、连梁装置等方面进行了大量的研究工作。美国在1971年San Fernando地震后，美国学者对地震动对结构的效应进行了大量的研究，形成了反应谱法、时程分析、随机振动分析等一系列的地震响应计算方法。日本根据新泻和阪神两次地震的震害，也相继修订了抗震设计规范，对简支体系桥梁采用了大量的减隔震技术，采用了大量的高阻尼支座进行桥梁的减隔震设计。我国工程结构的抗震研究起步较晚，但进展迅速。通过总结历次地震震害的经验，于1989年颁布了《公路工程抗震设计规范》，2008年在汶川地震后又颁布了《公路桥梁抗震设计细则》，提出了"两水平设防、两阶段设计"的抗震设防标准，并且对延性设计、位移设计、能力保护设计、减隔震设计等提出了明确的计算方法与构造规定。

（二）抗震设防思想

在设防标准上，新、旧规范之间基本维持相当的水平，但是在抗震设防思想上，却存在较大的差别：旧规范在采用的是参照一个设防水平的地震参数确定地震作用，应用线弹性设计方法进行抗震设计和验算，即一水准设防、一阶段设计；新规范针对两个设防水平的地震参数来确定地震作用，即二水准设防、二阶段设计。按照上述抗震设防思想，在实际的具体化操作中，新规范一是按照桥梁的重要性程度将有关桥梁的抗震设防划分为A、B、C、D4个类别，按照所划分的桥梁类别有区别的实施抗震设防；二是按照地震重现期的不同设计将地震划分为E1和E2地震以对应两个不同水平的抗震设防标准；三是针对近几十年来有关震害经验所表明变形能力和耗能能力不足是桥梁倒塌的主要原因，新规范通过延性设计保证结构在罕遇地震作用下的变形能力是较大的改进。在上述新规范所注重的三方面，旧规范中的桥梁结构均采用单一水准的设计地震是难以表现出的，因而，在抗震设防思想方面，新规范相较于旧规范具有较大水准的提高。

二、桥梁的总体布置

（一）上部结构

由于匝道桥很多是弯、窄桥，其在荷载作用下，包括静力荷载和动力作用，上部结构的扭矩较大，上部结构受力处于弯扭耦合状态，故需要采用抗扭刚度较大的截面，且桥梁上部结构的整体性要好。因此，对于匝道桥，特别是在小半径曲线上的匝道桥，宜采用箱形截面（跨度相对较大时）或者实心截面（跨度相对较小时）。也正是因为如此，为增加刚度和稳定性，上部结构宜采用连续结构。所以，对于匝道桥，上部结构采用连续箱梁，或者连续实心板，或者类似的闭合截面，将有效地提高其抗震性能。

（一）下部结构

1.桥墩的形式。

匝道桥一般相对较窄，桥墩一般采用双柱墩或者独柱墩，桥墩的刚度相对较小。在地震作用下，墩身的弯矩和剪力一般不大，但是位移相对较大，如有较好的限位措施，对于抗震来说，未必是不利的。而对于小半径匝道桥来说，地震作用下，可能会导致桥墩产生较大的扭矩，故桥墩的墩身宜采用抗扭刚度相对较大且整体性较好的结构，如独柱实心墩或者空心墩。如采用双柱式墩，应对其进行全桥空间地震响应分析，对关键部位进行加强。

2.桥墩的刚度。

对于连续梁桥，同一联内各桥墩的高度不同而导致其抗推刚度相差较大，则水平地震力在各墩间的分配不均衡，刚度大的墩将承受较大的水平地震力，严重时可能导致刚度较大的桥墩发生破坏，从而导致全桥的损毁。如果刚度扭转中心和质量中心偏离，上部结构还将伴随产生水平转动，又可能导致落梁或者上部结构的碰撞。而匝道桥恰好容易符合这两个条件：纵坡较大，桥墩高差将会比较大；在小半径曲线上，地震作用下可能会出现上部结构的水平转动。

3.桥墩的强度。

如果要保证桥梁结构在预期的地震作用下免遭破坏，结构就必须具有足够的强度，以抵抗结构在其弹性地震反应时所产生的内力。对于发生概率很低的地震，如475年一遇的地震（部规规定的设防地震），结构为抵抗其激起的弹性地震力，需要相当高的强度。对于一般性桥梁，如果确实这样做的话，则意味着在经济上的极大浪费。因此，实际上在设计时，强度通常只取对应弹性地震力的一小部分，如25%～50%，并依靠结构的非弹性变形能力，使结构在地震中得以幸存。

4.桥墩的延性。

为了把严重的破坏降低到最低限度，并确保带有适度抗倒能力的桥梁免于倒塌，当大地震迫使桥梁产生大变形时（这些变形可能远远超出了弹性范围），结构仍能维持其大部分初始强度。结构、构件或材料用于抵抗其在非弹性反应范围内的变形的能力，通常用延性這个术语来描述。延性是位于地震区的桥梁结构所必须具备的一个无比重要的特性。结构能够依靠其延性在大地震中免于倒塌，其根本原因在于地震动对结构的作用是以运动方式、而非力的方式出现。

三、桥梁抗震设计

（一）桥梁抗震设计注意事项

尽量将桥轴线设计成直线，曲线梁使结构地震反应复杂化，尽可能使桥台和桥墩与桥轴线垂直，斜交会引起转动响应而增大位移。

尽量少用伸缩缝，将桥面做成连续的，简支梁地震时容易落梁。

基础尽可能建在岩石或坚硬冲击土上，软土或砂土易于放大结构的位移响应，且软土有震陷、饱和砂土有液化等地质地震灾害。

塑性胶应设置在墩柱上，易于观察和修复；不设计在盖梁、主梁、水中或地下的的桩顶处，不便观察和修复。

（二）该互通式立交桥桥梁抗震设计

该互通式立交桥桥梁抗震设计本路区内地震动峰值加速度为0.15g，对应地震烈度为Ⅶ度，构造物设计时严格按相关标准设防。

在圆曲线处，桥梁采用18米普通钢筋混凝土箱梁，即小跨径箱梁。4.3.3在盖梁两端现浇25cm宽、60cm高的防止梁板侧向位移的钢筋混凝土防震挡块；为吸收部分地震能量，减少地震引起的结构间碰撞破坏，防震挡块上粘贴2cm厚橡胶块，盖梁宽度满足抗震细则的构造要求。

四、结语

立交匝道桥由于其特殊性，在抗震设计中应予以特别关注。本文针对匝道桥梁的特点进行分析，结合工程实例，阐述了此类桥梁的抗震概念设计的重要理念和方法。

参考文献：

[1]李睿，俞进，杨忠恒.山区梁桥高墩的抗震概念设计[J].公路，2007，（4）：100-103.

[2]宋晓东，李建中.山区桥梁的抗震概念设计[J].地震工程与工程振动，2004，（2）：92-95.