黃柯嫻

（江西省公路科研設計院有限公司，江西 南昌 330008）

0 引言

在當前的橋梁結(jié)構(gòu)設計中，有很多問題都會對橋梁結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性帶來不利的影響，所以在具體的工作中，要積極學習先進技術(shù)與工藝，總結(jié)經(jīng)驗教訓，考慮橋梁施工現(xiàn)場的實際情況，選擇最佳的橋梁結(jié)構(gòu)設計方案，進而使橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能和參數(shù)符合實際應用的需要。在橋梁結(jié)構(gòu)抗震設計階段，應該對抗震設計的要點有足夠的了解，選擇合適的設防措施，從而提升設計的總體水平，對橋梁工程總體運行效果產(chǎn)生積極的意義。

1 橋梁抗震結(jié)構(gòu)概述

橋梁是現(xiàn)代社會重要的基礎(chǔ)設施，關(guān)系到人民群眾生命健康以及社會發(fā)展，所以只有全面提升抗震系數(shù)，才能保證橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在橋梁抗震設計中，設計人員根據(jù)以往的經(jīng)驗，總結(jié)科學技術(shù)，選擇正確的設計理念，從整體角度出發(fā)確定合適的設計方案，做好細節(jié)方面的控制，提升抗震設計水平，滿足公路橋梁的使用需要。而在設計中，還要將強度與剛度實現(xiàn)統(tǒng)一，切實提升橋梁結(jié)構(gòu)的抗震能力與水平[1]。

2 橋梁抗震的設計要求

2.1 遵循科學技術(shù)方案，提高設計合理性

不管工程量大小，在方案設計時都要遵循科學、合理性原則，符合項目規(guī)定條件基礎(chǔ)之下，通過使用專業(yè)性的知識、工程手段、成本預算等方式，滿足橋梁結(jié)構(gòu)的設計標準要求，并且組合規(guī)范設置，達到安全、穩(wěn)固的效果，分析了解地震作用力的影響，分析計算確定橋梁抗震能力參數(shù)，以得出最佳抗震參數(shù)與效果，為橋梁的抗震設計提供基礎(chǔ)和依據(jù)，為項目施工效果的提升奠定基礎(chǔ)[2]。

2.2 具備整體協(xié)調(diào)與統(tǒng)一性

對于橋梁抗震設計來說，首先要明確的目標就是統(tǒng)一性與協(xié)調(diào)性，在該基礎(chǔ)之下進行設計，提高橋梁的穩(wěn)定性與承載能力，并通過有限元分析模型，對于參數(shù)不一致或者偏差較大的問題，選擇合適的處理措施，縮小設計參數(shù)與實際參數(shù)的偏差，最大限度內(nèi)實現(xiàn)參數(shù)統(tǒng)一，從而保證橋梁位移與下沉參數(shù)都符合要求，滿足橋梁安全性標準。

2.3 設計要兼具簡單原則

遵循簡單性的設計原則，盡可能地縮短項目的工期、降低預算。通過使用最直接、有效的方法提高橋梁的抗震性能，分析受力結(jié)構(gòu)，精準計算數(shù)據(jù)，確保處于設計規(guī)定的范圍內(nèi)，為后續(xù)工作的順利開展奠定基礎(chǔ)。同時，還要提高穩(wěn)固性、受力安全性，簡化各個結(jié)構(gòu)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)受力條件，對抗震水平的提高產(chǎn)生重要意義。

2.4 延展性問題

橋梁抗震設計是工作開展的重點。橋梁結(jié)構(gòu)延展方向具備開放性，達到抗震等級的標準要求，才能減少位移、塌陷問題的發(fā)生[3]。

2.5 受力的計算

因為承載力與均衡性是隨時變化的，所以橋梁的整體結(jié)構(gòu)也會發(fā)生變化。在受到強烈地震的條件下，應針對不同結(jié)構(gòu)展開受力計算，促進橋梁抗震性的提升。

3 抗震設計的方法

3.1 靜力法

在橋梁結(jié)構(gòu)抗震設計中，提高抗震系數(shù)是關(guān)鍵，這是設計工作的重點，所以在具體的工作中，要選擇正確的抗震方法，才能提升抗震效果和質(zhì)量。從目前的實際工作情況出發(fā)，應用靜力法進行抗震設計。假設各個物體與各個部分之間產(chǎn)生的是相同的振動，只局限在地面運動或者物質(zhì)質(zhì)量形成的慣性力，這樣在設計時極易導致運動特征被忽略，沒有考慮到動力性，所以要利用地震慣性力分析結(jié)構(gòu)內(nèi)力。就動力學角度出發(fā)，地震加速度是造成結(jié)構(gòu)破壞的單獨因素，有著一定的局限性，所以還必須考慮到結(jié)構(gòu)特征，了解結(jié)構(gòu)物的特性。周期小于地面卓越周期時，即使發(fā)生地震，也能保持結(jié)構(gòu)的完整性。在具體的工作環(huán)節(jié)，對于靜力法有足夠的了解，并且進行抗震設計計算，才能提升抗震設計水平，滿足抗震性能標準。

3.2 反應譜法

把反應譜法應用到橋梁結(jié)構(gòu)抗震設計中，具體是從地震系數(shù)的選擇來提高抗震性能。通過分析地震加速度，參考該數(shù)據(jù)選擇確定相應的規(guī)律參數(shù)，同時在某個反應內(nèi)確定相應的阻尼比參數(shù)，并且根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)信息了解地震加速度的變化情況，通過繪制曲線的方式得出平均值。在橋梁抗震設計標準中，通過擴大動力系數(shù)的方式了解地震反應力，分析卓越周期參數(shù)，在地震波的作用之下強迫震動。在具體的設計中，要結(jié)合不同特征周期、場地反應譜展開設計，繪制出反應譜曲線，這樣才能確保設計方案的抗震性滿足要求。

根據(jù)設計方案的要求，應該選擇使用非彈性反應譜法進行，結(jié)合彈性結(jié)構(gòu)體系直接進入非線性狀態(tài)中，彈性反應譜分析時要考慮到結(jié)構(gòu)加速度參數(shù)，在受到強度較高的地震作用時，結(jié)構(gòu)會快速進入彈性塑性變形階段，從而引起結(jié)構(gòu)剛度、自證特征的變化。彈性反應譜法確定地震作用力時，并不能體現(xiàn)出非線性損傷變化，但是能夠在彈性反應譜技術(shù)之下擴展影響非彈性反應譜，消除設計方案的缺陷。如假設特殊質(zhì)變反應特點，如果彈塑性變化和假設的情況有差異，在非彈性反應譜的影響之下會持續(xù)性減弱，這樣結(jié)構(gòu)設計就不能達到標準。因此，在設計方案確定前，必須對橋梁施工現(xiàn)場有足夠的了解，加強數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計，應用先進設計理念，才能提升設計水平，并且充分利用動力時程分析方法，通過地震面運動加速度記錄，實現(xiàn)抗震分析，綜合分析彈性與彈塑性變化狀態(tài)，了解地震結(jié)構(gòu)影響因素，綜合掌握各個方面的要素。

對于復雜結(jié)構(gòu)的抗震設計來說，主要通過采用和設計模式完全匹配的地面運動加速度方案，形成完整的設計模型，如屈服模型等，再經(jīng)過應用三維立體化技術(shù)加強設計，提高設計水平[4]。在具體的設計環(huán)節(jié)，利用積分的方式分析每個結(jié)構(gòu)設計，掌握不同時期的彈塑性地震反應，最終可以選擇相同的方法了解薄弱部位，提高抗震設計水平，滿足橋梁正常使用的需要。

3.3 延性和位移設計

延時抗震設計是通過結(jié)構(gòu)、構(gòu)件自帶的延時耗能性抵抗地震作用力的。設計過程中應通過增大結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的延性來滿足性能需要，允許結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塑性鉸的部分進行指定的延性設計。在此次方案設計時，使地震力、能量通過地面?zhèn)鞯綐蛄航Y(jié)構(gòu)上，而抗震設計環(huán)節(jié)應考慮的問題是如何為結(jié)構(gòu)提供這種地震力的能力。在以往的抗震設計中，通過強度設計理念，綜合分析延性、位移參數(shù)，并利用強度指標間接實現(xiàn)。位移對于橋梁抗震設計尤為重要，設計人員意識到該參數(shù)的重要性，所以可以直接將位移參數(shù)應用到抗震設計中，這樣可以形成多參數(shù)抗震設計的方法。目前我國的很多標準和規(guī)范中，都已經(jīng)開始應用位移設計理念。

以位移為基礎(chǔ)進行抗震設計，就要根據(jù)規(guī)定標準的抗震設計要求展開位移計算，確定地震產(chǎn)生的作用力，從而提高結(jié)構(gòu)設計，達到預期變形標準。這種設計方案把結(jié)構(gòu)位移作為結(jié)構(gòu)性能指標，設計環(huán)節(jié)假設位移是結(jié)構(gòu)抗震性能控制因素，利用位移譜分析有效周期，可以得出該結(jié)構(gòu)的基底剪力參數(shù)，分析結(jié)構(gòu)性能，以確定合適的配筋設計方案。該設計方法明確了位移在抗震設計的重要作用，并且在設計之初就要確定結(jié)構(gòu)性能標準，最終可以達到橋梁的抗震性能標準。

4 設防的措施

4.1 場地的整體規(guī)劃

場地整體規(guī)劃工作的重點是對橋梁施工現(xiàn)場地震危害性進行分析，了解地震作用的嚴重影響，然后確定最佳的施工位置，確保后續(xù)的施工可以順利進行。

在具體的橋梁施工中，要避免地震作用時出現(xiàn)地基嚴重失效的不良現(xiàn)象，及時解決和處理松軟場地的不利影響，選擇在硬度較高的場地中進行施工，提高橋梁的整體性，上部結(jié)構(gòu)達到連續(xù)性的要求。同時，還要提升橋梁結(jié)構(gòu)的完整性、穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)部件散落的問題。在整個橋梁的設計和施工中，必須綜合性分析空間作用基本條件，從平面與立面的角度出發(fā)優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)，分析幾何尺寸、質(zhì)量方面的影響，確保剛度是均勻布置的。在對稱、規(guī)整方面進行設計，避免地震出現(xiàn)后引發(fā)變形而造成無法正常使用的情況出現(xiàn)。

4.2 結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的強度

提高橋梁結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的強度，是設防工作的重點。在橋梁結(jié)構(gòu)受到地震影響后，發(fā)生損壞的問題，主要是地震的作用之下導致結(jié)構(gòu)發(fā)生振動，所以必須考慮地基結(jié)構(gòu)特點，掌握振動能量參數(shù)，將該參數(shù)作為最小值，以提升結(jié)構(gòu)的強度與剛度。在具體的設計中，在不增加重量、剛度的基礎(chǔ)之下，提升結(jié)構(gòu)的總體性能，所以剛度選擇要考慮到現(xiàn)場的具體情況，滿足道路橋梁的正常使用需要。強度是提升抗震效果的重要參數(shù)，地震的作用之下極易出現(xiàn)反復變形的問題，造成剛度與強度性能持續(xù)下降，所以要對這一問題有足夠的認識，并且逐步實現(xiàn)延性設計，完善設計方案，提高設計效果和質(zhì)量，規(guī)避不利因素的影響。

5 如何提高項目中的抗震設計

5.1 設防目標

在我國的橋梁工程設計標準中，根據(jù)當前的橋梁重要結(jié)構(gòu)、損壞修復的難易性把橋梁分為四大類，按照不同地震強度將地震的破壞影響分為四個設防等級，即6 度、7 度、8 度、9 度 設 防。根 據(jù) 目 前 的 橋 梁 設計標準和規(guī)范的要求，將我國的橋梁抗震設計分為如下三個層次：

第一層次是橋梁出現(xiàn)了彈性變形，但是并未發(fā)生塑性變化，結(jié)構(gòu)完整度比較高。

第二層次是橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了彈塑性變形問題，而主體結(jié)構(gòu)的性能比較好，結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在輕微損壞，不影響整體的使用。

第三層次是主要結(jié)構(gòu)部分發(fā)生損壞的問題，但是可以進行修復以恢復結(jié)構(gòu)性能；而非主要結(jié)構(gòu)部件的損壞比較嚴重，而橋梁的變形也處于可控的范圍內(nèi)。根據(jù)我國的國家標準和規(guī)范要求，進行公路等級與橋梁規(guī)模的劃分，主要分為四類，根據(jù)上述三個層次的標準要求設防，同時還要綜合考慮當?shù)氐亩嘤龅卣稹⒃O計地震、罕遇地震等方面要求展開設計。以罕遇地震進行驗算分析，加強結(jié)構(gòu)強度的設計，提高延時設計的效果，達到橋梁抗震性能標準。

5.2 橋梁結(jié)構(gòu)的構(gòu)造細節(jié)

目前我國的公路橋梁抗震方案存在很多的問題。從抗震設計發(fā)展來看，存在的主要問題就是定量方法的應用。因此，結(jié)合以往的地震發(fā)生問題，總結(jié)經(jīng)驗，并將抗震設計理念、標準以及技術(shù)要求應用到實踐中，為我國的橋梁抗震設計提供幫助，大幅提升橋梁通行的安全性。要想達到這一要求，就必須對橋梁的構(gòu)造細節(jié)進行合理的設計。

5.3 減震隔震設計

在橋梁工程的抗震設計中，我國的國家規(guī)范對于減震隔震方面的設計內(nèi)容較少，所以要不斷做出改進、完善，才能提高抗震設計水平。具體來說，橋梁的減震隔震設計要落實如下要求：設計方案中不能出現(xiàn)地基不穩(wěn)定、橋梁固有周期長、軟弱土質(zhì)等情況。如果延長橋梁機構(gòu)的周期，則極易導致結(jié)構(gòu)發(fā)生共振的現(xiàn)象，進而出現(xiàn)支反力負值的情況。在應用單振型反應譜分析減震隔震設計時，活動斷層與橋梁建設區(qū)域的距離在15km 以上；根據(jù)規(guī)范要求進行場地類型分類，確保場地的穩(wěn)定性；隔震設計的等效阻尼比在30%以內(nèi)；橋梁基本周期中的減震設計要大于不使用減震設計的基本周期，一般2.5 倍以上即可。非線性動力時程法應用在上述條件之下，隔震設計難以滿足要求。如歐洲橋梁抗震設計規(guī)范就進行了特殊減隔震的橋梁設計，以降低水平地震的作用影響，從而延長結(jié)構(gòu)固有周期，達到抗震安全性標準[5]。

6 結(jié)語

綜上所述，橋梁結(jié)構(gòu)抗震設計的過程中應優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計方案，選擇應用先進的技術(shù)手段，提高設計方案的科學性、合理性，保證細節(jié)部分的設計滿足要求，各個結(jié)構(gòu)之間連接效果合格，同時還要重視經(jīng)驗總結(jié)，不斷優(yōu)化設計方案，分析參考數(shù)值，提升設計水平，滿足橋梁結(jié)構(gòu)正常使用的需要，對我國橋梁事業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展產(chǎn)生積極的意義。