黃飄

（撫州贛東公路設(shè)計(jì)院有限公司，江西撫州 344000）

0 引言

抗震設(shè)計(jì)是公路橋梁設(shè)計(jì)中非常重要的一部分，也是設(shè)計(jì)難點(diǎn)。綜合分析多方面的因素，選擇最佳的抗震結(jié)構(gòu)，可以確保橋梁在地震發(fā)生之后避免發(fā)生嚴(yán)重的損壞，保持結(jié)構(gòu)的完整性和安全性，進(jìn)而保護(hù)民眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，必須加強(qiáng)公路橋梁防震設(shè)計(jì)，全面保證公路橋梁的安全性。

1 橋梁震害分析

地震是非常嚴(yán)重的自然災(zāi)害，會(huì)對(duì)公路橋梁構(gòu)成嚴(yán)重的危害。如果公路橋梁在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，沒(méi)有落實(shí)抗震設(shè)計(jì)理念，會(huì)影響結(jié)構(gòu)性能，對(duì)正常使用也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。橋梁震害可從如下幾個(gè)方面進(jìn)行分析：

其一，發(fā)生地震之后，梁式結(jié)構(gòu)受到地震位移作用的影響，橋梁上部活動(dòng)節(jié)點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)位移。如果梁蓋結(jié)構(gòu)寬度設(shè)置不合格，梁體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生相互碰撞的情況，甚至?xí)斐陕淞含F(xiàn)象，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重。

其二，對(duì)于拱式橋梁結(jié)構(gòu)，地震發(fā)生之后，破壞主要存在于腹拱和拱上。通常在地震出現(xiàn)之后，拱圈的拱腳和拱頂位置上會(huì)發(fā)生裂縫，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)隆起變形。地震出現(xiàn)后，橋梁地基可能會(huì)出現(xiàn)液化現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)液化問(wèn)題，會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞橋梁的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，會(huì)發(fā)生表面位移的問(wèn)題，對(duì)整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成不利影響。

很多橋梁在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，沒(méi)有考慮到支座結(jié)構(gòu)的抗震性能。如果支座結(jié)構(gòu)抗震性不達(dá)標(biāo)，在地震發(fā)生之后，支座會(huì)發(fā)生較大的位移和變形，上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也會(huì)受到影響，會(huì)導(dǎo)致多個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)損壞，橋梁的下部結(jié)構(gòu)也有可能在地震發(fā)生之后出現(xiàn)大量橫向、豎向裂縫。這種裂縫會(huì)在地震作用下持續(xù)發(fā)展，最終導(dǎo)致下部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不合格，影響整個(gè)橋梁的正常運(yùn)行。如果橋梁工程本身就建設(shè)在軟土地基的地質(zhì)條件之下，在地震發(fā)生后，地基結(jié)構(gòu)破壞會(huì)更為嚴(yán)重，橋梁可能發(fā)生整體性移動(dòng)。因此，在公路橋梁設(shè)計(jì)中需要采取合理的抗震設(shè)計(jì)方案[1]。

2 公路橋梁抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)

公路橋梁在地震作用下容易發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞，對(duì)民眾的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成巨大威脅，因此公路橋梁的抗震設(shè)計(jì)工作必須得到全面落實(shí)?？拐鹪O(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的制訂需要綜合考慮多個(gè)因素，包括地震活動(dòng)的概率、地震波的強(qiáng)度、橋梁結(jié)構(gòu)的類型和用途等。一般情況下，抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)主要包括以下幾個(gè)方面：

其一，地震概率。根據(jù)地震活動(dòng)性和歷史地震數(shù)據(jù)，確定特定地區(qū)在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生地震的概率。通常以年為單位表示，如百年一遇、五十年一遇等。

其二，地震加速度。根據(jù)地震波的強(qiáng)度和頻率特性，確定地震時(shí)橋梁所受到的最大水平加速度，這個(gè)參數(shù)能夠反映地震對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響程度，是抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

其三，地震作用頻率。地震波的頻率特性會(huì)影響橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的固有頻率和地震波的頻率，確保橋梁在地震作用下不會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，從而避免結(jié)構(gòu)損壞。

其四，抗震性能目標(biāo)。根據(jù)橋梁的重要性和用途，確定不同的抗震性能目標(biāo)，包括破壞限制狀態(tài)、臨界狀態(tài)和安全限制狀態(tài)等。這些目標(biāo)能夠反映橋梁在地震下的承載能力和變形能力。

其五，結(jié)構(gòu)材料和構(gòu)造要求。根據(jù)橋梁的類型和使用情況，規(guī)定適用的結(jié)構(gòu)材料、構(gòu)造方式和施工要求，包括鋼筋混凝土橋梁的橫縱向抗震加固、橋墩柱的延性設(shè)計(jì)等。

3 橋梁減隔震設(shè)計(jì)原理與原則

3.1 設(shè)計(jì)原理

隨著時(shí)代的發(fā)展和進(jìn)步，橋梁技術(shù)水平日益提升，很多先進(jìn)技術(shù)不斷應(yīng)用到實(shí)際工作中，在當(dāng)前的橋梁減隔震設(shè)計(jì)中，要考慮橋梁的剛度、強(qiáng)度等性能，尤其要重視關(guān)鍵部位的隔震設(shè)置，提高橋梁設(shè)計(jì)水平，保證抗震效果合格，同時(shí)要具備較高的經(jīng)濟(jì)性和美觀性，以更好地滿足公路橋梁的運(yùn)行需要[2]。

3.2 設(shè)計(jì)原則

當(dāng)前，橋梁結(jié)構(gòu)形式多樣化，設(shè)計(jì)要求和使用場(chǎng)景也存在一定的差異性，所以在橋梁設(shè)計(jì)之前，要先明確設(shè)計(jì)目標(biāo)，確定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求，以確?？拐鹪O(shè)計(jì)符合橋梁的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)需要。并且，抗震設(shè)計(jì)不是獨(dú)立存在的，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)將抗震設(shè)計(jì)和橋梁的整體性設(shè)計(jì)相結(jié)合，以確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到理想效果。

同時(shí)，為了提高整體設(shè)計(jì)水平，需要綜合分析多個(gè)方面的要素，在確?？拐鹦阅苓_(dá)標(biāo)的情況下降低建設(shè)成本。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，各項(xiàng)工作的順利開(kāi)展離不開(kāi)數(shù)據(jù)的支持。因此，技術(shù)人員需要進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面勘察，獲取水文地質(zhì)及周邊環(huán)境的具體情況，綜合考慮各個(gè)方面的因素，并分析細(xì)節(jié)影響，從而提升橋梁的設(shè)計(jì)水平。此外，在選擇和安裝相應(yīng)的隔震裝置時(shí)，除了需要達(dá)到穩(wěn)定性的要求，還應(yīng)從適用性和經(jīng)濟(jì)性方面進(jìn)行考量和分析。

4 公路橋梁的防震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 一般防震設(shè)計(jì)

4.1.1 地段選擇

進(jìn)行橋梁工程建設(shè)之前，應(yīng)盡量選擇地勢(shì)平坦、地質(zhì)條件較好、承載性能高的位置進(jìn)行建設(shè)。在公路橋梁設(shè)計(jì)開(kāi)始之前，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)建設(shè)地點(diǎn)進(jìn)行合理分析，選擇最佳的建設(shè)位置，并充分了解現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件以及以往地震活動(dòng)情況，以避免在不適宜的地段進(jìn)行建設(shè)。同時(shí)，應(yīng)采取必要的防護(hù)措施，以免施工過(guò)程受到地震災(zāi)害的影響。

4.1.2 設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案

公路橋梁設(shè)計(jì)人員進(jìn)行路線和控制點(diǎn)選擇時(shí)，應(yīng)避開(kāi)地震烈度高、震害危害大的地段。在考慮現(xiàn)場(chǎng)地形條件變化的同時(shí)，確定最佳的設(shè)計(jì)方案，以確保橋梁的防震水平合格，降低地震對(duì)橋梁的危害[3]。

4.1.3 分析橋梁結(jié)構(gòu)防震性強(qiáng)弱

分析橋梁結(jié)構(gòu)的防震性強(qiáng)弱時(shí)，需要從地震作用特點(diǎn)到橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能等多個(gè)因素進(jìn)行考慮，以全面評(píng)估橋梁的防震能力。

首先，分析地震的特點(diǎn)。地震發(fā)生時(shí)，地震波的頻率、振幅以及方向等因素會(huì)直接影響橋梁結(jié)構(gòu)的受力情況。通過(guò)對(duì)地震記錄和頻譜的分析，可以了解地震對(duì)橋梁的潛在威脅，從而為防震設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

其次，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的防震性能進(jìn)行評(píng)估和分析。分析橋梁的幾何形狀、材料性能、結(jié)構(gòu)類型等因素。設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)數(shù)值模擬和結(jié)構(gòu)力學(xué)分析，模擬地震作用下橋梁的受力和變形情況，評(píng)估結(jié)構(gòu)的防震性能。在分析過(guò)程中，需要重點(diǎn)考慮橋梁結(jié)構(gòu)在地震作用下容易發(fā)生破壞的部位和不易發(fā)生破壞的部位。同時(shí)，橋梁的設(shè)計(jì)參數(shù)和規(guī)范要求也是分析防震強(qiáng)弱的重要依據(jù)。國(guó)家和地區(qū)制訂的橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范通常會(huì)包含關(guān)于地震荷載、抗震設(shè)防水平等方面的規(guī)定。設(shè)計(jì)人員需要將橋梁的設(shè)計(jì)參數(shù)與規(guī)范要求進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估是否滿足防震要求。如果發(fā)現(xiàn)不足之處，需要通過(guò)合理的措施提高橋梁的防震性能。

最后，對(duì)于已有的橋梁結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察和監(jiān)測(cè)來(lái)評(píng)估其防震強(qiáng)弱。通過(guò)實(shí)際測(cè)量和觀察，以了解橋梁在地震后的受損情況，進(jìn)一步驗(yàn)證防震性能分析的準(zhǔn)確性，并為后續(xù)的維護(hù)和加固提供指導(dǎo)。

4.2 橋梁防震設(shè)計(jì)方法

4.2.1 強(qiáng)度設(shè)計(jì)

我國(guó)最初進(jìn)行防震設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮強(qiáng)度設(shè)計(jì)，該方法將地震加速度作為橋梁破壞的唯一因素，沒(méi)有考慮結(jié)構(gòu)本身的動(dòng)力特性及結(jié)構(gòu)反應(yīng)所造成的影響。該設(shè)計(jì)方法存在一定的局限性，在此類設(shè)計(jì)方案下，如果結(jié)構(gòu)失效，會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度、剛度無(wú)法達(dá)到要求，難以滿足防震需要。

4.2.2 延性設(shè)計(jì)

鑒于橋梁結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)彈塑性破壞，我國(guó)目前在橋梁防震設(shè)計(jì)方面以延性反應(yīng)譜法為主要方法。這種方法通過(guò)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性進(jìn)行深入分析，考慮其在地震作用下的彈性和塑性變形情況。具體而言，需要先對(duì)各個(gè)主要震動(dòng)應(yīng)用譜曲線進(jìn)行詳細(xì)研究，再根據(jù)最大地震反應(yīng)力進(jìn)行精確計(jì)算[4]。

4.2.3 基于性能的防震設(shè)計(jì)

根據(jù)性能進(jìn)行橋梁的抗震設(shè)計(jì)是確保結(jié)構(gòu)在地震發(fā)生時(shí)能夠保持穩(wěn)定并減少損害的關(guān)鍵，這種設(shè)計(jì)方法強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)在地震作用下的實(shí)際響應(yīng)，以性能為導(dǎo)向，更加貼近實(shí)際使用情況，可提高防震能力和安全性。

首先，根據(jù)性能進(jìn)行橋梁的防震設(shè)計(jì)需要明確橋梁的防震性能目標(biāo)，包括結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形、位移、傾覆等性能指標(biāo)，以及對(duì)人員安全和功能保障的要求。設(shè)計(jì)人員需要充分了解橋梁的用途、重要性和使用環(huán)境，從而確定適合的性能目標(biāo)。

其次，基于性能目標(biāo)，進(jìn)行地震荷載的確定和結(jié)構(gòu)分析。通過(guò)考慮不同地震作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，包括彎曲、剪切、位移等方面的變化，設(shè)計(jì)人員可以評(píng)估結(jié)構(gòu)的抗震性能。在這個(gè)過(guò)程中，采用現(xiàn)代的數(shù)值分析方法，如有限元分析，可以更加準(zhǔn)確地模擬橋梁在地震中的情況。

最后，根據(jù)分析結(jié)果，進(jìn)行結(jié)構(gòu)防震設(shè)計(jì)和優(yōu)化。設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)調(diào)整構(gòu)件尺寸、布置、材料等參數(shù)來(lái)滿足性能目標(biāo)。在這個(gè)過(guò)程中，需要考慮結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性、抗震性能的提升以及經(jīng)濟(jì)性的平衡，以確保設(shè)計(jì)方案的可行性和有效性。

4.3 防震設(shè)計(jì)措施

4.3.1 橋梁基礎(chǔ)處理

在公路橋梁建設(shè)中，如果地形地質(zhì)條件較差，需要對(duì)不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)采取相應(yīng)的處理措施，有效恢復(fù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)性能，達(dá)到橋梁工程的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。如果巖層比較淺，可采用擴(kuò)大基礎(chǔ)的方式。如果地質(zhì)軟硬不均勻或砂層較厚、地下水位較高，為避免出現(xiàn)液化現(xiàn)象，可以增加橋梁結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度，設(shè)置合適的孔徑尺寸，使橋臺(tái)和橋墩能夠避開(kāi)可能發(fā)生滑動(dòng)、不穩(wěn)定的地段，可以合理增加橋梁樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的深度，使其深入內(nèi)部巖層結(jié)構(gòu)，形成強(qiáng)度較高的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，也可以選擇增加基礎(chǔ)底面積的方式，提高基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的性能，使橋梁具備較高的抗震性，即使發(fā)生較大的地震也能保持完整性[5]。

4.3.2 積極采取減隔震設(shè)計(jì)

在公路橋梁防震設(shè)計(jì)中，減隔震設(shè)計(jì)是非常普遍的一種形式。該設(shè)計(jì)原理是將破壞橋梁的地面運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)分離，從而達(dá)到隔震效果，避免地震對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成過(guò)大的破壞力。

首先，減隔震設(shè)計(jì)的核心是在橋梁結(jié)構(gòu)與地基之間引入隔震裝置，使得橋梁在地震時(shí)可以相對(duì)獨(dú)立地運(yùn)動(dòng)。常用的隔震裝置包括彈簧隔震、摩擦隔震、液體隔震等，這些裝置可以減輕地震引起的振動(dòng)傳遞，降低結(jié)構(gòu)的震動(dòng)響應(yīng)，從而降低結(jié)構(gòu)的破壞風(fēng)險(xiǎn)。

其次，減隔震設(shè)計(jì)需要根據(jù)地震參數(shù)、橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及使用環(huán)境等因素合理選擇和配置隔震裝置。設(shè)計(jì)人員需要通過(guò)數(shù)值模擬和分析，確定隔震裝置的性能參數(shù)，以及其對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響。同時(shí)，需要考慮隔震裝置與橋梁的連接方式、調(diào)整機(jī)制等細(xì)節(jié)，以確保隔震系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。此外，需要考慮橋梁與隔震裝置之間的相互作用。在地震發(fā)生時(shí)，隔震裝置會(huì)對(duì)橋梁產(chǎn)生一定的位移和變形，因此需要對(duì)橋梁的附屬部件、鋪裝、管線等進(jìn)行合理布置和設(shè)計(jì)，以適應(yīng)隔震系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。

最后，需要對(duì)減隔震設(shè)計(jì)進(jìn)行性能驗(yàn)證和監(jiān)測(cè)。橋梁建成后，需要進(jìn)行隔震系統(tǒng)的性能測(cè)試，確保其減隔震效果符合設(shè)計(jì)要求。此外，后期還需要進(jìn)行定期的隔震系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和維護(hù)，以保障其長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行[6]。

4.3.3 橋墩處理

在橋梁工程中進(jìn)行橋墩防震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量選用等截面的橋墩結(jié)構(gòu)形式，盡量避免選用錐形結(jié)構(gòu)形式，以減小縱波應(yīng)力，保護(hù)結(jié)構(gòu)的完整性。如果橋墩的直徑較大，需要承受較大的拉力，可以采用預(yù)埋鋼筋的方式將橋梁和橋墩結(jié)構(gòu)連接起來(lái)，以防止地震時(shí)橋面砸壞橋墩。此外，在支座位置設(shè)置彈簧等緩沖構(gòu)件可避免橋面下落，防止橋墩結(jié)構(gòu)損壞。

4.4 注意隔震細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

為了保證隔震效果，應(yīng)從結(jié)構(gòu)部件、隔震裝置的選擇及施工質(zhì)量等多個(gè)方面入手，加強(qiáng)細(xì)節(jié)方面的設(shè)計(jì)。

首先，選擇結(jié)構(gòu)部件時(shí)，要確保隔震部件達(dá)到協(xié)調(diào)性和連續(xù)性的要求，能夠滿足公路橋梁的正常使用標(biāo)準(zhǔn)。此外，橋梁表面和支架區(qū)域之間的縫隙，以及橋墩結(jié)構(gòu)和橋梁的連接位置等，需要優(yōu)化細(xì)節(jié)方面的設(shè)計(jì)，以確保連接性能達(dá)到要求，避免影響抗震性能。

其次，在隔震設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)選擇最佳的隔震裝置，確保隔震裝置原材料的隔震效果達(dá)到要求，并進(jìn)行細(xì)節(jié)方面的處理，以確保結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)固性達(dá)標(biāo)。

最后，在施工方面，要確保各個(gè)結(jié)構(gòu)部分的施工都符合設(shè)計(jì)方案和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從而提高橋梁工程的抗震水平。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在公路橋梁設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)以防震設(shè)計(jì)理念與科學(xué)性理念為指導(dǎo)，嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范，綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)具體情況，全面落實(shí)各項(xiàng)防震設(shè)計(jì)措施，保證各項(xiàng)參數(shù)都符合要求，重視細(xì)節(jié)方面的設(shè)計(jì)，進(jìn)而提升防震設(shè)計(jì)總體水平，為公路橋梁工程防震效果的提升奠定基礎(chǔ)。