試論橋梁抗震設計方法-發(fā)表論文
試論橋梁抗震設計方法
龔小慶
連云港市規(guī)劃市政設計研究院有限責任公司江蘇連云港222000
摘要：本文簡單介紹了橋梁抗震的主要設計方法，并對各種設計方法理論根源進行分析，簡要介紹了各自的利弊與使用條件，為在今后的抗震設計中選擇合適的設計方法提供了依據。
關鍵詞：橋梁抗震；抗震設計；抗震措施
引言：
我國是一個多地震國家，強烈地震會給人民生命財產和國家經濟建設造成巨大損失，公路、橋梁也會遭受到不同程度的破壞。在抗震搶險救災的過程中，良好的交通運輸是及時搶救人民生命財產的保障，而且也是為災區(qū)盡快恢復生產和重建家園的重要環(huán)節(jié)。作為結構設計工程師，必須充分認識到自己的職責所在，盡可能得利用自己掌握的專業(yè)知識，合理提高結構物的抗震能力，盡量減少地震帶來的災害。尤其是在橋梁設計中，橋梁結構設計工程師要努力掌握更多的結構抗震知識，提高抗震設防意識。
一、現(xiàn)行規(guī)范的橋梁抗震設計方法
現(xiàn)行公路工程抗震設計規(guī)范采用的是單一水準的強度驗算方法，規(guī)范規(guī)定了一般結構的地震效應計算方法，這種方法采用的是彈性反應譜分析方法，較為簡單地計算了結構在第一頻率和第二頻率下的地震效應，并將其組合褥到最終的地震效應，最后根據強度分析結果再進行結構的配筋驗算或結構尺寸調整。另外規(guī)范還規(guī)定了7度、8度、9度區(qū)常規(guī)橋梁的抗震構造措施要求。對于高速公路和一級公路上的抗震重點工程，更要加強采取抗震措施。但需要注意的是規(guī)范并沒要求抗震效應也相應提高一度進行計算。這部規(guī)范修訂于20世紀80年代，限于當時的認識水平，已存在一些令人擔憂的問題。
二、橋梁抗震設計
1．基于性能的橋梁抗震設計方法
“小震不壞、中震可修、大震不倒”三水準設防的抗震設計方法，是以保證生命安全為單一設防目標。盡管它可以做到在大震時主體結構可以避免倒塌以保證生命的安全，但仍可能導致在中小地震作用下結構喪失正常的使用功能而引起巨大的經濟損失。正是基于這種情況，20世紀90年代，美國學者率先提出了基于功能的結構抗震概念(PBsD)，引起了地震工程界極大的興趣。
基于性能的抗震設計內容主要包括：①科學的定義和確定地震危險性；②結構在不同水平地震作用下?lián)p傷狀態(tài)、性能水平、性能指標；③設計方法：在設計初始就明確結構的性能目標，并且通過設計，使結構在設計地震作用下的反應能夠達到預先確定的性能目標�；谛阅艿目拐鹪O計方法強調的是“概念設計”，比“計算設計”更為重要。如果通過增加工程造價來增強結構的抗震性能顯然是不經濟的。比如橋梁結構往往只要稍加改進構造設計和橋型設計就能取得良好的抗震性能，這就要求橋梁設計者在橋梁方案的選擇階段，就應從抗震設計的觀點提出橋梁的構造要求。例如上部結構和橋墩的連接形式是采用固結或用彈性連接，橋墩采用單柱式或多柱式，橋墩截面采用形狀等等。合理的抗震設計應該包括兩個步驟：①從概念上理解結構的抗震性能，從而選擇較理想的抗震結構體系。②根據結構的抗震設防標準，進行抗震能力分析驗算，必要時要進行減隔震設計，以提高結構的抗震能力。
2．延性和位移設計
傳統(tǒng)的橋梁抗震設計采用強度次計方法，即使考慮到延性和位移，也是通過強度指標間接地實現(xiàn)現(xiàn)在人們越來越認識到了位移在橋梁結構抗震設計中的重要性。當前，很多研究者和工程師也建議在抗震設計中直接使用位移為設計參數(shù)，因此形成了多參數(shù)抗震設計方法。而且在這一方面，對于各種非彈性反應譜的研究和應用工作也一直在進行。而且現(xiàn)在位移設計的概念和方法已經納入了一些建筑結構抗震設計指南和準則中。直接基于位移的抗震設計根據一定水準地震作用預期的位移計算地震作用進行結構設計，以使構件達到預期的變形，結構達到預期的位移。該方法采用結構位移作為結構性能指標，設計時假定位移是結杭震性能的控制因素．通過設計位移譜得出在此位移時的結構有效周期，求出此時結構的基底剪力，進行結構分析，并且進行具體配筋設計。這種設計方法考慮了位移在抗震性能中的重要地位，并且能在設計初始就對設計的結構性能水平進行明確，使設計的結構性能達到目標性能水平。
3．橋梁減、隔震設計
減、隔震技術是簡便、經濟、先進的上程抗震手段。減、隔震體系主要理念是通過增大結構振型的周期，使其落在地震能量較少的范圍內，或者是增大結構的能量耗散能力，進一步達到減小結構地震反應的目的。在進行抗震設計時，要根據橋梁的結構特點以及場地地震波的頻率特性，合理選用相應的減、隔震裝置，根據相應參數(shù)采取設置方案，對結構的受力和變形進行合理分配。一方面，設計中應采取措施提高吸收能量能力，增大阻尼和分散地震力，不可過分追求加長周期。另一方面，應選用作用饑構簡單的減、隔震體系，并在其力學性能明確的范雨內使用。雖然橋梁結構經過減、隔震設計，但依然要進行抗震能力分析驗算，直到滿足要求為止。
三、橋梁的抗震措施
1．橋梁選址
橋址應選擇地質好、承載力高、地勢平坦的地方。但實際情況中有時難以實現(xiàn)。一是高速公路的橋梁橋位取決于路線的走向和位置，根據節(jié)約用地的原則．路線盡量少占良田，故橋位多在山坡、河谷走廊、河道、峽谷等處。二是路線穿越山區(qū)、丘陵地帶或軟土地區(qū)時，地形復雜、或地質不良。
2．基礎處理
對于不良地質，可以根據不同的具體地質情況采用不同的方法進行處理。對于巖層較淺的地方．采用較大擴基或固定在基巖上�；蛘咴跀U基處砌筑厚度為1．5-2m的圍裙。對于地基軟硬不均，或砂層較厚地下水位較高地區(qū)要特別注意沙土液化，噴沙冒水現(xiàn)象的發(fā)生，可適當增加橋長，合理布孔．使橋墩、橋臺避開地震時町能發(fā)生滑動的岸坡或地形突變的不穩(wěn)定地段�；虿捎蒙顦丁⑴艠洞┻^液化層．并采用系梁、承臺等加強聯(lián)結，或減輕結構自重，在非沖測線下一米處，設置圍裙或條形基礎，加大基礎底面積、減少基底偏心，并適當增加理置深度。亦可在臺前或墩兩側設斜撐，并在考慮采用時，將水平地震力和豎向地震力加以組合驗算。換士或采用砂樁也是一種常用的方法。
3．橋墩處理
特別是對于震區(qū)的橋墩，最好采用等截面，不宜做錐形截面墩，因為變截面的橋墩的縱波應力較大。而等截面橋墩的縱波應力相對較小，這樣可以減少波應力。在橋墩較粗能夠承受較大拉力時(一般用于大橋)，為了防止橋面在地震時上拋，落下砸壞橋墩(橋臺)，一般用高強螺栓或預理鋼筋將橋梁及橋墩(臺)聯(lián)結起來。對于中小橋，一般采用簡支板(或預應力板)。它允許橋面與橋墩能夠自由分開。地震時，為了防止橋面自由上拋時撟墩承受過大的拉力，同時，為了防止橋面落下時沖壞橋墩，在支座處安放彈簧或橡膠支座等緩沖的東西。
4．簡支梁
梁端至墩、臺帽或蓋粱的邊緣的距離小于粱跨徑的百分之一與50cm的和。吊粱與懸臂梁之間的搭接長度不小于60cm。橋臺胸墻應當加強，并在梁與梁之間和梁與橋臺胸墻之間加裝橡膠墊或其它彈性襯墊，以緩和沖擊作用和限制梁的縱向位移。有的也可以采用防震錨栓。并且在橋墩兩側設置擋塊，防止橋梁橫向位移過大及落梁現(xiàn)象。對于陡峻的高山、河岸．地震時常發(fā)生滑坡現(xiàn)象。為了保護橋梁．要及早排除這些隱患，采用護坡、排水等措施加以防護。
結語：
目前，橋梁抗震設計的方法非常多，每種方法也都有自己的優(yōu)缺點，其中大部分都是基于計算機程序化計算。在現(xiàn)行的工程實踐中，應根據橋梁不同的結構形式和設計要求選擇合理的抗震設計方法。在我國的高速公路和鐵路建設中，橋梁結構的抗震問題應始終貫穿到設計、施工、維修養(yǎng)護及災后修復的整個過程，以保證橋梁的安全性。
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