公路桥梁结构抗震设计要点分析

胡凌哲 黄颖婳

摘  要：公路桥梁是我国的重要交通枢纽，在交通运输行业发挥重要的作用。地震作用对公路桥梁的威胁较大，一旦桥梁遭受损害，对我国社会经济的发展不利，甚至对地震灾区的救灾造成极大的阻碍。因此在公路桥梁设计中，相关人员加强对抗震与减隔震技术的研究和完善，将其融入其中桥梁设计中，利用科学恰当的抗震和减隔震措施提升桥梁工程的抗震效果，增加桥梁工程的结构稳定性，保证桥梁在地震作用下不被破坏，促进交通运输行业健康可持续发展。

关键词：公路桥梁;结构;抗震设计;要点

1公路桥梁的震害体现形式

1.1桥梁上部结构的破坏

一旦发生地震，公路桥梁的上部结构可能遭受严重损坏。上部结构的损伤主要表现为结构本身的地震损伤、位移损伤和构件间的碰撞损伤。最常见的破坏是位移破坏，包括横向位移、纵向位移、扭转位移等;结构构件间的冲击地震损伤主要是指简支梁支座或桥台处的纵向损伤，容易引起桥端失稳，进而引起桥梁倾斜、滑移、落梁、桥面坍塌等损伤;在地震作用下，桥梁结构过大的水平位移也会导致主梁的破坏。

1.2桥梁支座连接损坏

地震对桥梁支座连接的破坏不容小觑。桥梁支座连接结构往往是桥梁的关键部位，但它相对薄弱，更容易对这些结构造成破坏。连接件一旦损坏，会引起上部结构的大位移和惯性力，支座位移和支座位移支座的塑性变形以及支座局部锚固的失效，导致受损支座结构不能承受上部荷载而失稳，加剧了公路桥梁工程的震害。

1.3桥梁下部结构损坏

公路桥梁下部结构主要是指由钢筋混凝土构成的桥台、桥墩、系梁等结构。在地震力的作用下，这些结构通常会发生剪切破坏、弯曲破坏、弯剪混合等形式的破坏，进而引起桥梁下部结构的开裂和断裂，影响桥梁工程的安全运行。桥梁下部结构与地基密切接触，受地震影响较大。桥梁下部结构一旦损坏，容易造成桥梁上部结构的损坏;同时，地基砂的地基承载力不足或地基承载力损失将严重影响公路桥梁下部结构的稳定性和完整性。地震对桥梁结构的破坏最终会造成严重的灾害，进而影响公路桥梁的正常使用。

2公路桥梁结构抗震设计要点

2.1延性地震系统

通过对结构破坏的觀察，提出了延性抗震的概念。在实际的地震破坏中，已经观察到缺乏结构强度并不一定会对结构造成严重破坏，并且只要结构的初始强度不会因非弹性变形而劣化并且基本上保持初始强度，就不会破坏结构。既有桥梁的弹塑性消能部分可以安装在墩中，以达到地震系统的目的，并便于检查和维修墩的受损部分。典型的连续梁桥和简单的支撑梁桥是单柱墩，其消能部分位于墩底，而双柱墩则是墩顶、墩底和绑梁端。因此，墩柱和系梁被设计为柔性部件，在弹性内而不会损坏部件。通常延性地震系统适用于大比例墩和桥梁的地震设计。

2.2桥梁地震分析方法

2.2.1静态方法

静力设计方法通常不考虑桥梁结构动力特性的影响，桥梁结构地震损伤的唯一因素是地震加速度。在设计过程中，只考虑构件的静力分析，将构件视为绝对刚体。当桥梁结构不能近似为一个绝对刚体时，静力法就不能考虑结构的动力特性。因此，静力法虽然有限，但概念简单明了，适用于重力式桥台、挡土墙等整体刚度较大的结构的抗震分析。

2.2.2反应谱法

反应谱法将结构的动力问题转化为易于理解和计算的静力问题。反应谱法是规范的基本抗震分析方法。首先对桥梁结构的动力特性进行了详细的分析，然后利用谱曲线记录了不同主振型下的强震反应最大值，最后记录了最大值。其他主要振型下的地震反应也需要完成，不能根据地震得到桥梁结构的最大地震反应值。

2.2.3动态时程分析法

该方法主要将计算机程序、有限元分析和结构抗震计算相结合。应用时程分析方法，通过有限元软件将桥梁结构离散为多节点、多自由度的有限元计算模型。结构的地震加速度时间和地震反应必须通过有限元软件传输来计算。但由于其计算量大、塑性铰等特点，其理论也比较复杂，有待进一步研究。因此，该方法是一种比较重要、复杂的桥梁长期抗震分析方法。

2.3桥梁抗震设计

在现有支撑的简单桥梁结构的情况下，必须对桥面的连续结构进行加固，主梁的位移必须提供足够的加固宽度以防止梁坠落，并且梁的宽度基台和支撑的顶部必须适当加宽。并增加一个屏障装置以防止移位。对于带有橡胶轴承但没有固定轴承的桥梁跨度，轴承的抗震设计要求增加防偏角或固定导轨。地震带中的桥梁结构的跨度和刚度与每个连续跨度的下墩相同。如果弹簧跨度不均匀且刚度不同，则可能会造成地震损坏。如果每个基台的高度明显不同，则可以使用基台顶部的支撑件和基台顶部的衬套尺寸来调整每个基台的刚度，以便尽可能保持基台的位移。在地震带中，桥梁的跨度不能太长，如果跨度较大，则柱会承受太大的轴向力，从而降低墩柱的延性。在高强度地区设计桥梁时，应纵向安装某些能量消散装置，例如使用收缩和隔离轴承，以通过柔性和阻尼连接结构之间的力来分担梁、柱和水平桥的荷载。拱桥对支座的水平位移非常敏感，为此，需要动态支撑弧在地震带。为了确保在地震期间同时激发每个支撑，必须将基座放置在整个岩石范围内或相同类型的位置。

2.4抗震加固

单排架柱抗震加固钢筋混凝土柱抗震加固的主要目的是提高其抗剪强度，特别是在纵向钢筋终接于中间高度而没有足够展开长度的桥墩上。这提高了柱的延性，因为可以避免过早的剪切破坏。但若仅提高桥墩的延性，则地震后桥墩处产生的残余位移可能增加。因此，还应提高抗弯强度。然而，桥墩抗弯强度的增加往往会增加从桥墩传递到地基的地震力。通过对各种类型基础的分析，发现当桥墩抗弯强度增长率小于2时，由于地震力的增加而导致的基础破坏可能并不显著。因此，建议在该限值范围内增加桥墩的抗弯强度，以免对基础造成严重损坏。针对这种要求，建议采用钢夹套进行抗震加固，并控制抗弯强度的增加，在现有柱周围使用钢套。在混凝土表面和钢套之间注入环氧树脂或补偿收缩砂浆。钢导管架和基脚顶部之间的桥墩底部有一个小间隙。这可以防止弯曲强度过度增加。为了以可控的方式增加柱的抗弯强度，在钢套底部提供锚定螺栓。它们被钻入基脚。通过选择合适的锚杆数量和尺寸，可以控制桥墩抗弯强度的提高程度，该间隙是引起柱底部弯曲破坏所必需的。矩形截面的桥墩周围也安装有H型梁，位于导管架的下端。这可防止纵筋膨胀，并保持导管架的限制作用。为了验证这种加固方法的有效性，可进行循环荷载试验，以检查竣工和加固钢筋混凝土柱的抗震性能。标本的横截面是60cm×60cm的正方形。剪跨比为5.0。对于改装样品，安装了厚度为1.6mm的板，与基脚之间的垂直间隙为10cm。此外，还设置了H型梁来加固导管架的下端。在钢筋混凝土桥墩和钢导管架之间注入环氧树脂。锚筋的布置使竣工试件的抗弯强度提高30%。施加的轴向载荷为150N/cm2。试验顺序由位移控制的3个循环组成。位移继续增加，直到试样造成严重损坏，如纵向钢筋断裂。

结论

综上所述，本文分析了地震对于桥梁的危害，针对地震对于桥梁危害的部位，随后提出了相应的设计方法，针对设计过程中的注意事项，本文亦进行了分析，目的是为了提高桥梁抗震设计过程中的安全性及适用性。在地震中受损的公路桥梁的重建和维修，应按照指导规范进行。在所有路段试行指南规范，作为新建公路桥梁抗震设计和现有桥梁抗震改造的应急措施。

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