廖維均

(身份證：522123198605221018)

現(xiàn)階段公路橋梁設計及其抗震優(yōu)化的探究

廖維均

(身份證：522123198605221018)

改革開放以來，隨著我國交通事業(yè)的飛速發(fā)展，公路橋梁建設逐漸成為了當前社會發(fā)展的重要部分，公路橋梁作為公路交通運輸?shù)囊粋€重要組成部分，其設計的好壞不但關系到公路橋梁的安全、穩(wěn)定運行，還會對國家的基礎設施建設造成重大影響，本文主要對現(xiàn)階段公路橋梁設計及其提高抗震能力的措施進行探討。

公路橋梁；抗震設計

一、公路橋梁設計的基本原則

1、耐久性的要求

通常，公路橋梁在建造和使用過程中，不僅由于建造公路橋梁采用的材料性能會逐漸的退化，同時也會承受車輛、風、地震、超載以及人為因素等外來作用的影響，進而造成公路橋梁結構受到不同程度的損傷。因此，公路橋梁必須具有其耐久性，才能滿足長期的使用要求。

2、適用性的要求

對于公路橋梁適用性的要求主要包括：確保行人、行車的安全、行車舒暢；公路橋梁不僅可以符合當前需要，也可以滿足未來的發(fā)展；對于那些跨越河流或者線路的橋梁，則不能妨礙河流的通航或者線路的正常交通等等。

3、安全性的要求

通常，公路橋梁的安全不僅包括公路橋梁上的行人與過往車輛的安全，同時也包括公路橋梁本身的安全。因此，在公路橋梁的設計工作中最基本的要求就是投入運用年限內(nèi)，能承受各種自然情況和荷載作用，并保持一定的安全性。

4、經(jīng)濟性的要求

在安全、適用、耐久性要求的前提下，經(jīng)濟性是影響公路橋梁設計的主要因素。在公路橋梁設計中，需要綜合考慮各種設計方案的優(yōu)缺點，細致的探討技術上的可行性以及經(jīng)濟上的合理性。

二、公路橋梁結構震害及其原因分析

根據(jù)相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析表明，在公路橋梁工程中根據(jù)震害破壞部位的不同，主要可分為以下幾種形式：

1、橋梁墩柱的震害

這類震害主要表現(xiàn)為：橋墩沉降、傾斜、移位，墩身開裂、剪斷，鋼筋裸露屈曲等等。其震害的主要特征是：塑性鉸破壞和剪切破壞，通常柔性橋墩容易產(chǎn)生塑性鉸破壞，主要出現(xiàn)在墩柱底部、頂部和墩柱與系梁連接處，在地震力的影響下容易導致塑性混凝土剝落、破碎，從而失去承載能力；而剪力破壞則主要表現(xiàn)在剛性橋墩上，由于橋墩的變形能力小，主要以剛性強度來抵抗地震力的影響，當?shù)卣鹆Τ銎涑休d范圍時，就容易產(chǎn)生剪切破壞。

2、橋梁上部結構的震害

這類震害，根據(jù)其產(chǎn)生原因一般可以分為移位震害和結構震害，其中移位震害的比較常見，一般容易出現(xiàn)在設有伸縮縫的位置，其主要表現(xiàn)為上部結構的橫向移位、縱向移位以及扭轉(zhuǎn)。當上部結構的移位超過了臺、墩等的支撐面時就容易會產(chǎn)生嚴重的落粱震害，其原因是由于墩臺的支承寬度不夠或限位構造不牢導致，在地震力的影響下，使得梁與墩臺之間產(chǎn)生相對位移，移位較大時就容易出現(xiàn)落梁現(xiàn)象。

3、附屬工程的震害

這類震害，通常發(fā)生在橋梁的主梁與下部墩柱以及橋臺連接處都是最為脆弱的部位。在受到地震力的影響下，如果附屬工程沒有一定的限位承受力就容易產(chǎn)生震害現(xiàn)象，其主要表現(xiàn)為擋塊碰撞破壞、伸縮縫拉斷、支座脫離主梁、臺胸墻剪斷等。

4、地基基礎的震害

這類震害通常是受到地震力的影響，地基很容易受到破壞，主要是指地震作用下因砂土液化、不均勻沉降及穩(wěn)定性不夠等因素導致的地層水平滑移、下沉、斷裂，而地基的破壞一般都會導致基礎的破壞，主要表現(xiàn)為基礎的移位、傾斜、下沉、折斷和塑性鉸破壞。

三、公路橋梁設計中抗震設計要點

1、抗震概念設計

抗震橋梁設計時，應對動力特征進行簡單分析和對震力進行預測，找到橋梁結構設計的薄弱部位進行加固；然后對上、下部結構連接部位和過渡孔處連接部位及塑性鉸預期部位和橋墩形式的選取、構造設計等進行分析同時做出相應的補救措施，防治橋梁出現(xiàn)坍塌，來保證橋梁結構的經(jīng)濟性、抗震安全性和選擇結構體系正確性。最后，應根據(jù)分析結果對抗震性能的好壞進行綜合性評定，根據(jù)分析結果再對設計方案進行不斷的修改和完善，力求達到最佳。

2、延性抗震設計

橋梁的抗震設計，要對預期會出現(xiàn)的塑性鉸部位進行配筋設計計算，對其進行加固和防護；同時為保證抗震安全性，對橋梁結構進行分析，直到通過抗震能力檢測?？紤]多數(shù)條件，多種墩高和場地及多種地震烈度的情況， 在進行橋墩線彈性最大彎矩比和非線性位移延性比參數(shù)的變化規(guī)律分析是通過大量數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計和計算得到的，根據(jù)隨機地震反應理論和動力計算，總結出估算解決橋墩位移延性的方法，降低地震所造成的危害。

3、橋梁減、隔震設計

進行橋梁減震和隔震設計可以較好地提高橋梁抗震能力，并且具有簡便、先進、經(jīng)濟等優(yōu)點。減隔震支座的設計裝置使得結構消耗的能量較少同時增大結構的振型周期，降低了地震時的震波頻率，良好的自我復位能力結合了結構特點選取適當?shù)慕ㄔO方案，建立相應的建造參數(shù)，合理有效的使得結構地震的反應程度降低，使地震后橋梁上部結構基本能夠恢復到原來的位置，最大程度的減少了橋梁建筑損失程度。

4、拉索式橋梁梁板連梁裝置設計

首先根據(jù)拉索容許抗拉力來確定公路橋梁拉索式設計的拉索數(shù)量，我們假定某受力面上的拉索平均分擔設計地震荷載沖擊力， 然后就可以通過公式來確定：每根拉鎖承受的設計荷載=橋梁梁板連梁裝置設計地震沖擊最大破壞力/拉鎖數(shù)量?Q拉索設計抗拉力。

5、橋梁梁板連梁裝置設計的移動量

公路橋梁的橋梁梁板連梁裝置的設計最大縱向位移量要在以最大的結構破壞力為限的基礎上小于梁的擱置長度?？梢栽试S的縱向位移量移動范圍可以根據(jù)以下公式計算：橡膠支座的允許剪切變形量?Q橋梁（使用橡膠支座）橋梁梁板連梁裝置的設計縱向移動量，橫向位移主要由橋梁抗震檔塊控制。

6、橋梁緩沖裝置的設計

橋梁緩沖裝置中使用的緩沖橡膠材料一般選氯丁橡膠或工程橡膠材料，其硬度和允許壓應力應滿足緩沖地震沖擊力的要求，然后通過公式可以得出橋梁橡膠緩沖裝置的壓應力：橡膠緩沖應力=橋梁梁板連梁裝置的設計地震最大破壞力/緩沖裝置橡膠的受壓面積。橋梁垂直豎向緩沖可結合橋梁橡膠支座綜合設計。

四、公路橋梁抗震優(yōu)化對策

1、采用橋梁延性控制法

橋梁結構抗震性能設計中橋梁的延性減震也是十分普遍的方法，其主要做法是加強橋墩某些部位的延性，讓這些部位在地震作用下依然能夠形成穩(wěn)定延性塑性鉸，進而產(chǎn)生彈塑性變形來延長結構周期，達到分散地震的能量的目的。

2、采用隔震支座和阻尼器相結合的系統(tǒng)

利用增加公路橋梁結構的柔性和阻尼來降低橋梁的地震反應帶來的影響，是當前抗震設計中應用廣泛的手段。隔震支座法能夠有效的加強橋梁的抗震性能，同時增加對地震力的阻尼也能夠有效的提升橋梁抗震性能，將二者結合起來，抗震性能會加倍。隔震支座和阻尼器可以在地震的作用下，加強橋墩的彈塑性變形從而耗散地震能量，從而有效的降低橋梁墩、臺所受的水平地震力帶來的影響，達到提高了橋梁結構的抗震性能的目的。

3、引進新型橋梁的抗震設計方法

在以往的橋梁結構抗震設計中，我們主要采用提高結構強度和增強結構延性的方法來保障橋梁結構抗震能力。但是這種方法在實際應用中有一定的局限性，由于地震的影響力與橋梁的抗震能力都是未知的，因此，當?shù)卣鸢l(fā)生時，橋梁依然受到了損害。所以，引進新型的橋梁抗震設計法勢在必行?，F(xiàn)階段，在橋梁結構設計中我們開始采用型鋼混凝土結構，這種型鋼混凝土結構具有承載能力強、抗剪能力強、延性強的特點，因此，逐漸被廣泛應用。

五、結束語

總之，公路橋梁作為我國經(jīng)濟建設發(fā)展的生命線，與人們的生活息息相關并發(fā)揮著重要的作用。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和綜合國力的增強，人們對公路橋梁建設提出了更高的要求。如何進一步提高公路橋梁的各項功能和橋梁抗震構造措施改進和成為了當前我們參建部門需要認真探討的課題。

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