简述公路桥梁的抗震设计

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摘 要：公路桥梁是公路交通运输的一个重要组成部分,公路桥梁的抗震设计不但关系到公路桥梁的安全、稳定运行,还会对国家的基础设施建设造成重大影响.本文在分析公路桥梁震害的主要形式的基础上,对公路桥梁的抗震设计进行了论述.

关 键 词：公路桥梁抗震设计

地震是一种破坏性极强的自然灾害,而且依照目前的科技水平,还无法对地震灾害进行准确的预测,公路桥梁一旦遭受到地震灾害,轻则发生桥梁开裂、损坏等现象,重则发生桥梁倒塌、车毁人亡等严重事故.每一个公路设计工作者都应当努力提高公路桥梁抗震设计的水平,把地震灾害对桥梁的破坏降到最低,为人民群众的安全出行和生命财产安全保驾护航.

1公路桥梁所受震害的主要形式

1.1主梁的震害

在地震灾害中,公路桥梁最为严重的震害形式就是主梁的坠落,也叫落梁.落梁的主要原因是因桥台、桥墩发生倾斜或倒塌现象,或者是梁体发生碰撞现象,或者是相邻的桥墩之间发生相对位移过大[1].

1.2桥台的震害

桥台震害的主要形式是桥台跟路基一起向着河心发生滑移,对于重力式桥台,一般表现为桥台的胸墙发生开裂现象,以及台体发生转动、移动和下沉现象；对于桩柱式桥台,则主要表现为桩柱发生倾斜、开裂或折断等现象.

1.3桥墩的震害

桥墩震害的表现形式主要是桥墩发生倾斜、沉降、移位现象,或是墩体发生开裂、剪断现象,或是钢筋混凝土因受压而发生崩溃、钢筋屈曲,或是在桥墩与基础连接处发生折断、开裂现象.

1.4支座的震害

支座的震害形式主要是支座的构造遭到破坏,或是紧固螺栓发生剪断、拔出现象,或是活动支座因受震而松脱等现象[2].

1.5地基与基础的震害

地基与基础震害的主要表现就是桥梁发生倒塌现象,在所有桥梁的震害中,这种震害的修复难度最大.

2公路桥梁的抗震设计

2.1桥梁上部结构的抗震设计

在对桥梁上部结构进行抗震设计时,应当依据桥梁跨径的大小来选择最恰当的上部结构和截面形式.在桥梁上部结构的截面形式中,箱型截面形式的特点是抗震性能、抗扭刚度都比较好,因此,对于具有较大跨径的桥梁,其截面形式最适宜使用箱型截面.

对公路桥梁的上部结构进行抗震设计的主要目的,就是通过提高桥梁上部结构的整体性,来对桥梁上部结构发生的位移进行限制,以提高其抗震性能.设计时必须注意以下要点：

①在对梁桥的上部结构进行抗震设计时,主梁通常采用连续梁来代替简支梁,这样做的好处是可以减少桥梁的伸缩缝,并降低桥梁因桥跨分离而发生位移的风险,减少由此而带来的落梁事故.如果因条件所限而选用多跨简支梁时,必须将其设计成为先简支后连续、结构连续的构造,并采用连续性的桥面,以加强梁间的纵向与横向联系[3].

②在预应力桥梁上部结构的抗震设计中,通常选择真空压浆方法来制作预应力桥梁的构件,以便使预应力管道的水泥浆保持饱满,从而增强预应力桥梁的刚度、强度,提高其抗震性能.

③在进行拱桥上部结构的抗震设计时,其主拱圈优先选择箱形拱、板拱等形式,并通过提高主拱圈抗扭刚度的方法来提高拱桥上部结构的抗震性能；对于空腹式拱桥,在设计填料的厚度时一般选择较小值；对于肋拱则比较适宜使用钢筋混凝土结构,同时为了增强肋间的横向联系,可在拱顶的1/4和3/4处分别设置横隔板.

④一般情况下,同一座桥梁的桥型应当避免采用梁桥与拱桥混合的形式,否则,必须对两者相互衔接部位的桥墩进行加强,以保障其抗震性能.

2.2桥梁下部结构的抗震设计

对桥梁下部结构进行抗震设计时,对于桥台的截面形式一般以选用T形或U形为宜,与带耳墙的埋置式桥台和柱式桥台相比,重力式桥台的抗震性能更好,而且重力式桥台的施工比较方便,工程造价也比较低,因此,如果条件许可的话,一般应当优先使用重力式T形桥台或重力式U形桥台,既方便施工,也降低了成本,最重要的是能够提高桥梁的抗震性能.

桥梁下部结构的设计还要考虑桥墩的延性,就是通过合理的设计来提高桥墩一些部位的延性,使这些部位在遭受强烈地震的时候能够形成比较稳定的延性、塑性铰,同时产生弹塑性变形以消耗、分散地震能量.桥墩的延性抗震设计是桥梁抗震设计中比较常用的一种方法.比较常用的桥梁桥墩一般有钢筋混凝土桥墩、石砌桥墩和混凝土预制块砌筑的桥墩,其中钢筋混凝土桥墩的延性最好.桥墩的截面形式则分为空心与实心两种,其中空心截面桥墩的延性较好,因此,在条件允许时,应当优先选择空心的钢筋混凝土桥墩,同时要根据桥墩高度的不同来合理选择桥梁上、下部结构之间的联接方式,一般情况下,高桥墩的桥梁比较适宜刚性连接,而支座连接方式则适用于矮桥墩的桥梁.

2.3桥梁连接件的抗震设计

桥梁的支座与伸缩缝等连接件属于桥梁抗震的薄弱部位,而且桥梁梁体发生的位移多数都在伸缩缝部位,因此,在进行桥梁连接件的抗震设计时,必须尽可能地减少伸缩缝数量.一般情况下,进行伸缩缝抗震设计时,必须确保它的支承面宽度足够并具有足够的变形能力,以适应地震作用下所发生的位移,另外,还可以通过设置限位器或剪力键橡胶支座的方式,来起到消能作用.

对于支座的抗震设计,可从以下两个方面进行：一方面,可以在梁体与桥墩、桥台的连接处使用聚四氟乙烯支座、叠层橡胶支座、铅芯橡胶支座等隔震支座,以增加桥梁结构的柔性和阻尼.实践证明,隔震支座能够在发生地震时,比较有效地消除桥台、桥墩在水平方向所受到的地震作用力,从而减小地震对桥梁结构的损坏程度.另一方面,还可以采取隔震支座和阻尼器组合使用的方法,利用桥墩受到地震力作用而产生的弹塑性变形,来消除地震能量.

2.4桥梁抗震装置的设计

弹性反应谱抗震法是桥梁抗震设计中使用得最为普遍的一种方法,其优点是计算比较简单,并且计算方法比较接近于现有的规范计算方法.通常抗震装置的等效刚度与等效阻尼的计算跟抗震装置在地震中所发生的最大变形密切相关,所以,对于抗震装置的设计必须根据实践的效果进行不断地完善与改进.在进行实际计算时,设计师必须先对桥梁结构响应地震的能力进行准确地预估,然后再根据经验来制定出初步的设计方案,并通过多种方法对设计的合理性进行分析与验证.

2.5桥梁结构方案的设计

公路桥梁应当尽可能地避免在地震灾害比较严重、频繁的地段进行建设,以减少地震灾害对桥梁的破坏.对于震灾区的公路桥梁,在进行桥型的设计时必须根据以下原则进行：

①要尽量降低桥梁结构的重心高度,并尽量减轻其自身的重量,以减小桥梁的内力,提高桥梁结构的稳定性,把地震对桥梁的作用力降到最低；

②尽量使桥梁结构的质量中心与刚度中心保持重合,以减小地震所带来的附加地震力；

③要最大限度上协调好桥梁结构的高度与长度,以降低结构不同部分的振动差异所造成的危害程度；

④在确保安全的并提下,合理降低桥梁结构的刚度,并通过使用延性材料来增强结构的变形能力,以减少地震对桥梁的破坏程度；

⑤对地基进行合理的调整、科学地处理,以避免地基发生变形或失效现象.

3结论

鉴于人类科技水平的限制,目前还无法对地震进行准确、有效的预测,但是,我们可以对公路桥梁的震害进行分析、研究,并找出其中的规律,然后再对公路桥梁进行相应的抗震、防震设计,以减少地震灾害所带来的影响.