四川省高烈度地震区公路桥梁设计要点

2022-03-16王崇汉

四川建筑 2022年5期

王崇汉，姜博

(四川省交通勘察设计研究院有限公司，四川成都610017)

随着我国经济的高速发展,高速公路开始向地震多发区、高烈度地震区延伸，而四川所面临的地震问题尤为突出，例如四川西昌和康定局部地区抗震设防烈度达到了9度，在高烈度地区桥梁抗震设计是公路抗震设计的重中之重。根据大量震害调查分析和多年桥梁设计工作积累，笔者总结了一些桥梁抗震设计要点，供相关工程人员参考。

1 桥位选择

(1)桥位应选择建设场地及其邻近无晚近期活动性断裂，地质构造相对稳定，同时地基为比较完整的岩体、坚硬土或开阔平坦密实的中硬土等的抗震有利地段。桥位应避开地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带的抗震危险地段。

(2)如果路线必须穿越发震断裂带，则首先考虑路基或隧道穿越发震断裂带，其次才考虑采用桥梁穿越。如果条件限制必须采用桥梁跨越发震断裂带，则需考虑抗震性能较好的桥型。穿越发震断裂带时，要求路线垂直穿越，一跨跨越。

(3)公路桥位需穿越泥石流、滑坡地段，应做好相应处治方案，减小地震次生灾害危机桥梁安全。公路桥位需穿越因地震可能引发滑坡、崩塌而造成堰塞湖的地段，应估计其淹没和溃坝的影响范围，合理确定路线的高程，选定桥位。对可能因发生滑坡、崩塌而改变河流流向、影响岸坡和桥梁墩台及路基安全时，应采取应对措施。

2 桥型与结构型式

常规桥梁尽量做到标准化、定型化、工厂化，装配化、轻型化。一般桥梁宜优先选用装配式预应力混凝土简支小箱梁、装配式预应力混凝土简支T梁以及中小跨径的钢板组合简支梁和钢箱组合简支梁。

互通区桥梁，等宽或宽度变化不大的主线桥、半径较大的匝道桥宜采用标准跨径的装配式上部结构。宽度变化较大的主线桥、小半径平曲线上的桥梁，可采用预应力现浇连续箱梁。当墩高不小于40m，地震动峰值加速度不小于0.3g时，宜采用钢箱组合梁、钢桁组合梁以提高结构抗震及抗扭能力。

对于路线走向较高，需要连续布置多跨高墩结构时，对于8度、9度区，可以采用钢混组合连续梁、波形钢腹板连续刚构桥、钢桁架连续刚构桥、钢管混凝土桁式腹板连续刚构桥、钢混组合梁斜拉桥等抗震性能较好的桥型。

对于跨越发震断裂带的桥梁，前后2个桥墩需跨越断裂带，使断裂带位于桥跨中间。桥型应采用简支梁，避免在地震中出现全桥垮塌的现象，并加宽盖梁宽度，预留足够的多的搭接宽度防止地震时落梁。

斜交桥梁在地震作用下将会引起结构向减小斜交角的方向转动，进而引起锐角边支座脱空，结构发生碰撞引起过大的位移。因此，高烈度地区需要采用斜桥时，宜慎重考虑，建议采用适当加大跨径斜桥正做或左右幅错孔布置的方式进行布设。

3 桥梁跨径选择

高烈度地震区公路桥梁上部构造设计时，需尽量减轻上部构造的自重，有效减小由上部结构引起的地震作用力，从而降低下部结构的设计难度和桥梁的整体工程造价。

地震动峰值加速度不大于0.3g时常规桥梁大、中桥可采用跨径16m、20m、25m、30m装配式预应力简支小箱梁，跨径20m、25m、30m、40m装配式预应力简支T梁。动峰值加速度0.3～0.40g时，可采用跨径16m、20m、25m装配式预应力简支小箱梁，跨径20m、25m、30m装配式预应力简支T梁，跨径30m、40m钢板组合简支梁或钢箱组合梁。30m装配式预应力简支小箱梁和40m装配式预应力简支T梁自重较大，当动峰值加速度不小于0.4g时，将引起过大的地震惯性力，从而导致下部结构设计非常困难，并且在竖向地震中的作用下，可能会出现上部结构自身承载能力验算不满足的情况，因此，不建议再采用。

当需要采用大于40m的跨径时，可考虑采用50m钢板组合梁，50m、60m、70m钢箱组合梁。当墩高40～80m，地震动峰值加速度不小于0.4g时，可采用跨径80～120m钢箱组合连续梁、跨径80～150m钢桁架组合连续梁。

4 桥梁下部结构选型

高烈度地震区往往位于山区，地震烈度高的地形、地质条件也相对较差，结合多条位于高烈度地区的桥梁下部结构选型情况，通常可采用的桥墩形式有钢筋混凝土圆形柱式墩、钢筋混凝土矩形柱式墩、钢筋混凝土变截面矩形空心墩、钢-混组合结构变截面空心墩、钢管混凝土格构墩。

墩高H≤40m时可采用钢筋混凝土圆形柱式墩、钢筋混凝土矩形柱式墩；当40

5 桥梁分联

四川山区地形起伏较大，桥梁分联时应充分考虑一联内桥墩的刚度比问题，保证一联内桥墩抗推刚度分布相对均匀，使各个桥墩均参与抗震，协同承担地震力。因此在联长划分时，墩高是控制联长划分的关键因素，若出现无法保证一联墩高分布均匀时，应采用构造措施来保证一联内桥梁的抗推刚度比满足规范要求，通常可采用几种措施：

(1)在一联内采用不同尺寸或不同形状的桥墩型式，通过调节桥墩截面抗弯刚度来调整一联内桥墩的抗推刚度分配均匀。

(2)一联内采用不同刚度的支座，通过支座剪切刚度与桥墩抗推刚度的串联来实现串联后的刚度协调均匀。

(3)在矮墩上采用滑板支座，在地震作用下释放矮墩，最大限度减少矮墩的不利作用。

在顺桥向，跨径一定时，一联桥越长，跨数越多，地震作用下参与受力的桥墩越多，各桥墩分摊的力越少；在横桥向，一联桥越长，横向“摆尾”效应越大，桥墩受力越大。结合工程经验，综合考虑静力和地震2个方面因素，桥梁分联宜采用4孔一联—6孔一联，一联桥的长度宜控制在200m以内。

6 桥梁抗震分析

根据JTG/T2231-01-2020《公路桥梁抗震设计规范》，抗震设防烈度达到7度及以上时，桥梁需进行抗震分析。对于四川高烈度区桥梁应加强抗震分析，并通过分析结果来验证桥梁的抗震性能。

在具体设计中，对于常规结构桥梁，可根据所在地震动区划、场地类别并结合桥梁的墩高和跨径等参数梳理归纳处多座典型桥梁进行抗震分析[1]。对于特殊结构桥梁和墩高超过40m的常规结构桥梁应专门进行抗震分析，如有必要还可进一步开展抗震专项研究。

高烈度地区桥梁，宜采用非线性时程分析手段开展抗震分析，桥梁抗震体系建议采用减隔震体系，时程曲线可采用规范设计反应谱进行拟合或进行场地地震安评获取。

7 桥梁减隔震设计

减隔震技术是一种简便、经济、先进的工程抗震手段，在四川高烈度地区推荐采用减隔震体系来满足桥梁抗震的需求，从而避免在高烈度地区采用延性体系导致整体结构出现过大的损伤。

减隔震体系的主要内容又可以归纳为减隔震支座的设计及相关参数的选取。常用的减隔震支座主要有高阻尼橡胶支座、铅芯橡胶支座、摩擦摆支座、拉索减震支座等。其中高阻尼橡胶支座以其优良的抗震性能，得到了广泛的采用，因此推荐采用高阻尼橡胶支座，并且在一联内所有墩台上均布置高阻尼橡胶支座，将所有墩台纳入抗震体系内，最大限度地将地震力分散。