桥梁结构抗震性和耐久性设计探析

王池波，李金萍

（晋江市路桥建设开发有限公司，福建 晋江 362200）

1 工程概况

某项目位于城区，为城市主干路，起讫桩号为 K0+720～K6+033，路线长度约 5.3km，以高架桥的形式跨越多个路口，地面交通复杂。经过综合比选，桥梁标准段采用 30m 跨预制小箱梁，局部跨路口段根据地面交通情况进行调整。本文主要针对先简支后连续预制小箱梁设计进行分析。

进行桥梁的孔径与位置布设时，以建设条件、经济、运营、施工、养护以及既有路桥使用状况为基础，结合城市道路规划等多元化需求，整体计算分析，选择最佳方案。桥梁结构设计基于总原则，注重安全性、适用性、环保性、养护便捷性等。同时选择技术先进、结构合理、施工条件稳定、经济美观的常规结构，追求标准化与装配化生产，以便于顺利、有序施工，节约施工成本。桥梁上层结构选择约 30m 的预应力混凝土小箱梁，下部结构选择方柱墩、U 形桥台、钻孔灌注桩基础。桥梁设计基准期为 100年，安全等级为一级，桥梁与涵洞荷载等级为公路 I 级；地震动峰值加速度系数设计为 0.15g，本地区地抗震设防烈度等级为7度。

2 桥梁结构抗震性与耐久性影响要素

2.1 客观要素

我国位于环太平洋火山地震带与印度洋—喜马拉雅火山地震带，地震灾害相对较多。例如，青海玉树州与海西州德令哈市于 2019年2月先后发生地震，震源深度约 7km，地震发生间隔时间较短，低烈度的地震十分常见。地震等级与烈度直接影响着桥梁使用的安全性，震源深度较浅，烈度较高的特大型地震，对桥梁结构造成的危害是毁灭性的。

2.2 主观要素

设计人员的观念意识是影响桥梁结构抗震性和耐久性的主要主观因素，部分人员过于注重桥梁的经济功能和施工成本，对桥梁抗震性与耐久性的重要性重视不够，并且由于一些设计人员设计水平的限制，导致桥梁结构设计不合理，抗震性与耐久性不足。

3 桥梁结构抗震性与耐久性设计的重要性

桥梁结构耐久性与抗震性设计的最终目标为基于既知桥梁结构外在负载承受能力，根据相关指标，选择合适的几何参数，以科学设计桥梁结构，促使桥梁结构的抗震性与耐久性可规定条件与时间内符合既定参数标准。目前，我国桥梁结构设计依旧存在许多问题亟待解决，例如，设计者过于注重桥梁结构强度，忽视了结构的耐久性，导致桥梁结构的安全性与使用寿命不达标，存在安全隐患。所以，为确保桥梁使用安全性与使用寿命，需从桥梁结构设计中加强对桥梁安全性、抗震性、耐久性的重视，采取措施提高桥梁结构的承载能力与使用性能，降低桥梁病害发生概率。

4 桥梁结构抗震性与耐久性设计

4.1 抗震性设计

进行桥梁设计时，需选择良好的抗震减震策略，其原理在于适度延长桥梁结构自震周期，促使其在地震力的影响下，适度减少结构内力，增大桥梁结构的阻尼，提升延展性，以抵消地震作用力，实现减震抗震。在上部结构与下部结构位移允许范围内，桥梁支承体系可以选择柔性支承与减震支座等相关策略，以实现桥梁结构减震抗震处理[1]。

4.1.1 布设桥孔

根据工程所在地的实际情况，本项目中桥梁结构的桥跨数量设计主要选择 27～32m 的孔跨布置，通过多桥墩同时分摊地震水平作用力。布设孔跨时，尽量遵守对称原则与均匀原则，等跨度布设桥跨，促使桥梁均匀受力，从而保证桥梁结构的稳定性。

4.1.2 上部结构

布设简支梁与墩台边缘时，需注意应保留既定间距。设计桥台台身时，可以合理增加桥台台身混凝土强度与厚度，选择橡胶垫板与梁部结构进行搭接，以此缓冲。加强对承重结构设计的重视，计算承载力时，根据极限状态选择最不利受力截面进行设计，促使上部结构具备充足的抗变形能力。

4.1.3 下部结构

进行下部结构设计时，应充分考虑桥墩与桥台的承载力及其抗变形能力，以提高其抗震能力。桥墩和桥台的结构计算与设计要求相符时，在桥墩盖梁间合理设置抗震挡板，提高结构在地震荷载作用下的稳定性与安全性。同时还可提升桥墩柱与基础特定受力范围的配筋率，以强化桥梁结构的抗变形能力，进而提高结构整体安全性与抗震性。在布设桥梁桩基与桥墩箍筋时，可针对箍筋采取一定的加密措施。

4.2 耐久性设计

4.2.1 上部结构

根据桥梁结构所在区域的气候条件，以最大降雨量与蒸发量为基础，合理布置纵向与横向双向排水坡。其中，横向排水的泄水管位置与数量，需以径流面积为基础加以计算分析，严格控制泄水管道间隔在 4～5m。由于上部结构的边板悬臂，需科学布设相应滴水槽，并确保排水管出口位置的科学合理性，不能与混凝土构件表层相接近。预应力筋的锚固端需采取一定的防锈策略，确保封端混凝土的良好性能，且需具备良好抗裂性。为防止桥面刚性防水层承受活载荷作用，例如，车辆处于顶板负弯矩区域内导致结构产成 V 形裂缝，发生渗水，很容易引发钢筋锈蚀现象，因此，在桥面设计过程中，应选用柔性防水层。

预应力混凝土上部结构构件需基于 A 类或全预应力构件进行合理设计，通过整体分析所有因素的影响作用，例如，预应力效应与弯道径向力效应等，以确保桥梁结构总应力水平可达到 A 类或全预应力状态，从而避免承重结构开裂。此外，在桥梁箱型结构设计过程中，既要满足力学计算要求，又要基于施工与耐久性等要求，防止过度追求材料节约与轻量化，需以确保桥梁整体性能为前提，与此同时，还要避免各种病害。

4.2.2 下部结构

下部结构的耐久性设计需根据实际要求与情况，科学提升桥梁结构混凝土标号。在桥梁耐久性设计过程中，如果出现盐渍土路段，土层与水源会在一定程度腐蚀桥梁基础结构，所以，选择结构材料时应以抗硫酸盐水泥为主，根据环境类型，科学构建基础混凝土保护层，全面做好防腐控制。

5 结语

综上所述，桥梁结构抗震性与耐久性设计是桥梁结构设计的关键环节，不仅可强化桥梁施工的合理性，还可提升桥梁的使用安全性，延长使用寿命，强化桥梁承载能力。所以，对桥梁结构的抗震性和耐久性设计进行深入研究具有十分重要的意义，需要高度重视。