周偉群

（諸暨市交通投資集團有限公司，浙江 諸暨 311800）

1 前言

我國地處環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶之間，屬多震國家，在抗震救災(zāi)中，公路交通是搶救人民生命、恢復(fù)生產(chǎn)的生命線。結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造設(shè)計是橋梁設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)，涵蓋內(nèi)容豐富。若能把地震力效應(yīng)的受力計算以及概念設(shè)計綜合運用到設(shè)計上，往往會得到事半功倍的效果。

2 橋梁的震害及特征

對國內(nèi)外震害的調(diào)查表明，在過去的地震中，有許多橋梁遭受了不同程度的破壞，其主要震害有以下幾點。

2.1 橋臺震害

橋臺的震害主要表現(xiàn)為橋臺與路基一起向河心滑移，導(dǎo)致樁柱式橋臺的樁柱傾斜、折斷和開裂：重力式橋臺胸墻開裂，臺體移動、下沉和轉(zhuǎn)動；橋頭引道沉降，翼墻損壞、開裂，施工縫錯工、開裂以及因與主梁相撞而損壞。橋臺的滑移與傾斜會進一步使主梁受壓破壞，甚至使主梁坍毀。

2.2 橋墩震害

橋墩震害主要表現(xiàn)為橋墩沉降、傾斜、移位，墩身開裂、剪斷，受壓緣混凝土崩潰，鋼筋裸露屈曲，橋墩與基礎(chǔ)連接處開裂、折斷等。

2.3 支座震害

在地震力的作用下，由于支座設(shè)計沒有充分考慮抗震的要求，構(gòu)造上連接與支擋等構(gòu)造措施不足，或由于某些支座型式和材料上的缺陷等因素，導(dǎo)致了支座發(fā)生過大的位移和變形，從而造成如支座錨固螺栓拔出、剪斷、活動支座脫落及支座本身構(gòu)造上的破壞等，并由此導(dǎo)致結(jié)構(gòu)力傳遞形式的變化，進而對結(jié)構(gòu)的其他部位產(chǎn)生不利的影響。

2.4 梁的震害

橋梁最嚴(yán)重的震害現(xiàn)象是主梁墜落。落梁主要是由于橋臺、橋墩傾斜、倒塌，支座破壞，梁體碰撞，相鄰墩間發(fā)生過大相對位移等引起的。

2.5 地基與基礎(chǔ)震害

地基與基礎(chǔ)的嚴(yán)重破壞是導(dǎo)致橋梁倒塌，并在震后難以修復(fù)使用的重要原因。地基破壞主要是指因砂土液化、不均勻沉降及穩(wěn)定性不夠等因數(shù)導(dǎo)致的地層水平滑移、下沉、斷裂。基礎(chǔ)的破壞與地基的破壞緊密相關(guān)，地基破壞一般都會導(dǎo)致基礎(chǔ)的破壞，主要表現(xiàn)為移位、傾斜、下沉、折斷和屈曲失穩(wěn)。

2.6 另外橋梁結(jié)構(gòu)的震害還表現(xiàn)在

結(jié)構(gòu)構(gòu)造及連接不當(dāng)所造成的破壞、橋臺臺后填土位移過大造成的橋臺沉降或斜度過大而造成墩臺承受過大的扭矩引起的破壞。

3 公路橋梁抗震設(shè)防原則及分類

3.1 設(shè)防原則

橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本思想和設(shè)計準(zhǔn)則是制定設(shè)計規(guī)范的重中之重，它決定了抗震設(shè)計要達(dá)到的目標(biāo)、地震動水平和結(jié)構(gòu)對地震反應(yīng)的計算方法。我國現(xiàn)行的《公路橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》(JTJ004-89)采用的是單一水準(zhǔn)的抗震設(shè)防思想，進行了基本烈度(中震)下的抗震指引?；玖叶仁怯芍袊卣鹆叶葏^(qū)劃圖確定的。該規(guī)范7 度、8 度和9 度地區(qū)相應(yīng)的地震最大動加速度設(shè)計值分別取0.1g、0.2g 和0.4g(g=9.8m/s 為重力加速度)

另外，根據(jù)線路等級和結(jié)構(gòu)重要性以及修復(fù)的難易程度，采用重要性修正系數(shù)對結(jié)構(gòu)的地震作用進行修正。但公路橋梁抗震設(shè)計規(guī)范的重點放在梁式橋墩臺和一般跨徑的拱橋上，較少詳盡考慮剛架拱橋、連續(xù)剛構(gòu)、斜拉橋、超過 l50m 的梁式橋等。因此，單一的抗震 強度設(shè)防思想在目前我國公路橋梁抗震設(shè)計中有待完善。

3.2 震級和烈度

震級：反映某次地震震源釋放能量的多少。

烈度：表示某一地區(qū)的地面和各類建筑物遭受某一次地震影響的強弱程度，是反映某個指定場地的地面運動效應(yīng)的尺度。烈度以描述震害宏觀現(xiàn)象為主，根據(jù)建筑物的破壞程度、地貌變化特征、地震時人的感覺、家具器物的反應(yīng)等方面進行分級。由此可見，震級是定量概念，與某次地震對應(yīng)；烈度是定性概念，與某次地震非一一對應(yīng)，但與結(jié)構(gòu)的破壞程度和地震動峰值加速度對應(yīng)。因此，設(shè)防烈度才是抗震設(shè)計的主要依據(jù)。

4 橋梁的抗震設(shè)計

橋梁的抗震設(shè)計應(yīng)分兩階段進行：1)在方案設(shè)計階段進行抗震概念設(shè)計，選擇一個較理想的抗震結(jié)構(gòu)體系；2)在初步或技術(shù)設(shè)計階段進行延性抗震設(shè)計，并根據(jù)設(shè)計思想進行抗震能力驗算，必要時進行減、隔震設(shè)計提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。

4.1 抗震概念設(shè)計

由于地震發(fā)生的不確定性和復(fù)雜性，再加上結(jié)構(gòu)計算模型的假定與實際情況的差異，使“計算設(shè)計”很難控制結(jié)構(gòu)的抗震性能，因而不能完全依賴計算。結(jié)構(gòu)抗震性能的決定因素是良好的“概念設(shè)計”。因此，在橋梁的方案設(shè)計階段，不能僅僅根據(jù)功能要求和靜力分析就決定方案的取舍，還應(yīng)考慮橋梁的抗震性能，盡可能選擇良好的抗震結(jié)構(gòu)體系。在抗震概念設(shè)計時，要特別重視上、下部結(jié)構(gòu)連接部位的設(shè)計，橋墩形式的選取，過渡孔處連接部位的設(shè)計以及塑性鉸預(yù)期部位的選擇。

為了保證所選擇的結(jié)構(gòu)體系在橋址處的場地條件下確實是良好的抗震體系，必須進行簡單的分析(動力特性分析和地震反應(yīng)評估)，然后結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計分析結(jié)構(gòu)的抗震薄弱部位，并進一步分析是否能通過配筋或構(gòu)造設(shè)計，保證這些部位的抗震安全性。最后，根據(jù)分析結(jié)果綜合評判結(jié)構(gòu)體系抗震性能的優(yōu)劣，決定是否要修改設(shè)計方案。

4.2 常用的抗震設(shè)計方法

增加結(jié)構(gòu)的柔性以延長結(jié)構(gòu)的自振周期，達(dá)到減小由于地震所產(chǎn)生的地震荷載和增加結(jié)構(gòu)的阻尼或能量耗散能力以減小由于地震所引起的結(jié)構(gòu)反應(yīng)是實用的抗震方法。當(dāng)前，比較容易實現(xiàn)和有效的抗震方法主要有以下幾點。

4.2.1 采用隔震支座

采用減、隔震支座(聚四氟乙烯支座，疊層橡膠支座和鉛芯橡膠支座等)在梁體與墩、臺的連接處增加結(jié)構(gòu)的柔性和阻尼以減小橋梁的地震反應(yīng)；采用減、隔震支座橋梁結(jié)構(gòu)的梁體通過支座與墩、臺相聯(lián)結(jié)，大量的試驗和理論分析都表明其聯(lián)結(jié)方式對橋梁結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)有很大的影響，在梁體與墩、臺的聯(lián)結(jié)處安裝減、隔震支座能有效地減小墩、臺所受的水平地震力。

4.2.2 采用隔震支座和阻尼器相結(jié)合的系統(tǒng)

利用橋墩在地震作用下發(fā)生彈塑性變形耗散地震能量以達(dá)到減震的目的，利用橋墩的延性抗震。近20年來，國外在橋梁減、隔震和延性抗震方面進行了許多研究，美國、新西蘭和日本等在橋梁設(shè)計規(guī)范中都列入了相應(yīng)的條款。

4.2.3 利用橋墩延性減震

利用橋墩的延性減震是當(dāng)前橋梁抗震設(shè)計中常用的方法，橋墩延性減震是將橋墩某些部位設(shè)計得具有足夠的延性，以便在強震作用下使這些部位形成穩(wěn)定的延性塑性鉸產(chǎn)生彈塑性變形來延長結(jié)構(gòu)周期、耗散地震能量。在進行延性抗震設(shè)計時，按彈性反應(yīng)譜計算塑性反應(yīng)的地震荷載需要修正，橋梁抗震設(shè)計規(guī)范采用了綜合影響系數(shù)來反映塑性變形的影響。

4.3 新型橋梁抗震設(shè)計方法

傳統(tǒng)橋梁的抗震設(shè)計，是從強度和延性等方面來確保橋梁具有足夠的抗震能力，使之在地震作用下不垮。然而由于人們尚難以準(zhǔn)確估計橋梁結(jié)構(gòu)的抗震能力和地震作用，因而橋梁結(jié)構(gòu)在地震中嚴(yán)重破壞或倒塌的例子很多。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)是在混凝土上包裹型鋼做成的結(jié)構(gòu)。它與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比具有一系列優(yōu)點。其承載力可以高于同樣外形的鋼筋混凝土構(gòu)件承載力一倍以上，具有較好的抗剪能力，延性比明顯高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，滯回曲線較為飽滿，耗能能力有顯著的提高，從而呈現(xiàn)出良好的抗震性能。能夠隔離、吸收和耗散地震能量，減小橋梁結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，使橋梁的變形限制在彈性范圍，避免由于產(chǎn)生塑性變形而造成累積損傷破壞和永久殘余變形，這大大提高了橋梁結(jié)構(gòu)的安全度；同時可以節(jié)約材料，降低造價。型鋼混凝土中的型鋼除采用軋制型鋼外，還廣泛使用焊接型鋼，常用的截面型式有H 型、E 型、T型等，而采用矩形及圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是在型鋼混凝上結(jié)構(gòu)、螺旋配筋混凝上結(jié)構(gòu)以及鋼管結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上演變和發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)語

目前地震雖然是不可控制的，但只要我們加強對橋梁震害及抗震機理的深入研究，在橋梁設(shè)計過程中認(rèn)真分析地震時結(jié)構(gòu)的特性和反應(yīng)，精心采取一系列科學(xué)有效的抗震設(shè)計，制定先進的抗震設(shè)防原則，嚴(yán)格控制工程質(zhì)量，就一定能將地震損失降到最小，并確保交通運輸線路的暢通無阻。

[1]范立礎(chǔ),胡世德,葉愛君.大跨度橋梁抗震設(shè)計[M].北京:人民交通出版社,2001..

[2]聶利英.[D].上海:同濟大學(xué)橋梁工程系,2002.