林 云，王清遠(yuǎn)

(四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，四川成都 610065)

1 山區(qū)各類橋梁要有較強(qiáng)的抗震概念設(shè)計(jì)

1.1 剛度和質(zhì)量平衡

剛度和質(zhì)量平衡是山區(qū)橋梁抗震理念中最重要的一條。在山區(qū)公路中建議不采用簡支梁，而做連續(xù)梁橋，或是采用幾跨先簡支后連續(xù)成剛接，形成幾跨連成一聯(lián)的連續(xù)橋。對于連續(xù)梁橋，同一聯(lián)內(nèi)各橋墩的高度應(yīng)盡可能相近。對于因相鄰橋墩高度不同而導(dǎo)致剛度相差較大的情況，水平地震力在各墩柱之間的分配一般不理想，剛度大的墩將承受較大的水平地震力，影響了結(jié)構(gòu)的整體抗震能力。如果剛度扭轉(zhuǎn)中心和質(zhì)量中心偏離，上部結(jié)構(gòu)還將伴隨產(chǎn)生水平轉(zhuǎn)動，增加了落梁和碰撞等破壞的機(jī)率。山區(qū)橋梁由于山谷兩側(cè)山體坡度較大，墩的高度往往相差懸殊，跨距不均勻，所以很容易造成剛度和質(zhì)量不平衡的情況。所以設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)先考慮橋梁的等跨徑、等橋?qū)?、等墩高?/p>

在高低起伏的山區(qū)地形上采用連續(xù)梁形式代替簡支結(jié)構(gòu)，并通過護(hù)筒使每一聯(lián)內(nèi)各墩的有效墩高比較接近。護(hù)筒的直徑比墩直徑大，可滿足護(hù)筒中的墩身在地震力作用下自由變形。在墩柱高度相差很大的連續(xù)梁橋，可設(shè)置伸縮縫，每一聯(lián)在伸縮縫附近設(shè)置一墩，兩聯(lián)之間沒有傳力構(gòu)件，兩聯(lián)相對獨(dú)立，從而消除了兩聯(lián)剛度差異對剪力分配的影響。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則及橋的造型

(1)山區(qū)橋梁地質(zhì)條件復(fù)雜，在特殊的橋梁設(shè)計(jì)中更應(yīng)該注意橋位的選擇。應(yīng)該盡量避免地震危險(xiǎn)地段，充分的利用地震有利地段，除了地質(zhì)條件以外，局部的工程地質(zhì)、水文條件、地基土質(zhì)等場地因素對于橋梁的震害也有很大的影響。所以山區(qū)橋梁的墩柱所在的地質(zhì)條件一定要勘測清楚。

(2)避免或減輕在地震作用下因地基變形或地基失效造成的破壞。地震作用會使土的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，特別是一些土的承載力，很容易使地基失效，使橋梁產(chǎn)生嚴(yán)重的位移和下沉，嚴(yán)重的會導(dǎo)致橋梁的垮塌。最好是避開失效的松軟場地，選擇堅(jiān)硬場地。在地基穩(wěn)定的條件下，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)與地基的震動特性，力求避免共振。在軟弱的地基上，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用深基礎(chǔ)，并考慮基礎(chǔ)的抗震設(shè)計(jì)。

(3)提高結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的強(qiáng)度和延性，避免脆性破壞。“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”、“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)錨固”在橋梁的設(shè)計(jì)中也是可以使用的，使結(jié)構(gòu)在地震中的表現(xiàn)不是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)失穩(wěn)或結(jié)構(gòu)支撐不足而破壞。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要力圖使從地基傳入結(jié)構(gòu)的震動能量最小，并使結(jié)構(gòu)具有一定的強(qiáng)度、剛度和延性，以防止不能容忍的破壞。剛度的選擇有利于控制橋梁的變形，延性主要提高結(jié)構(gòu)的耗能。但是要注意控制，以防止脆性破壞和非彈性破壞。

(4)加強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的整體性。強(qiáng)烈的地震，荷載通過橋梁的各組成部分之間的相互連接來傳遞，并依靠各個(gè)組成部分本身的強(qiáng)度以及他們之間的連接作用來承擔(dān)。剛度不足和強(qiáng)度不足的部分，以及連接薄弱的部分往往會首先發(fā)生破壞，有時(shí)還會引起橋梁結(jié)構(gòu)的整體破壞。

(5)山區(qū)橋梁的墩往往比較高，在地震作用下，墩頂位移比較大。諸如采用簡支梁，在地震中很容易發(fā)生落梁破壞，采用連續(xù)梁情況會有所改善。如果墩梁固結(jié)，多余約束在強(qiáng)震中形成塑性鉸，可以大量耗能，對于抗震是非常有益的。斜橋橋墩傳遞給上部結(jié)構(gòu)的地震力與橋梁的軸線斜交，促使橋梁上部結(jié)構(gòu)平面轉(zhuǎn)動。蓋梁的剪力鍵不足以抵御上部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動時(shí)，就會發(fā)生落梁破壞。而且橋梁的轉(zhuǎn)動會加劇主梁間的碰撞，造成主梁和伸縮縫等構(gòu)件的破壞。

1.3 各部位的抗震措施選擇

1.3.1 橋梁上部結(jié)構(gòu)抗震措施

橋梁震害后果通常表現(xiàn)為上部結(jié)構(gòu)的縱橫位移導(dǎo)致相鄰梁體互相碰撞，上部結(jié)構(gòu)與橋臺的碰撞以及側(cè)傾和落梁。山區(qū)橋梁由于地形的限制，在伸縮縫處可能產(chǎn)生相鄰梁體的較大的相對位移，而且方向不確定，導(dǎo)致伸縮縫處梁體的碰撞，這對預(yù)防落梁、梁體碰撞等震害是很不利的，所以，在兩聯(lián)間設(shè)計(jì)縱、橫向的限位裝置十分必要。橫橋向的限位措施主要有剪力鍵和防震錨栓，縱向限位措施包括剪力鍵、防震錨栓、鏈索式和拉桿式限位器等。限位裝置應(yīng)允許梁體在小范圍內(nèi)自由移動，該自由移動范圍的大小一般以不影響支座的正常變形為宜。為減小碰撞力和碰撞損傷，限位器常在梁間和主梁與剪力鍵間設(shè)置橡膠等緩沖材料。限位器通過剪力鍵、PC 棒或鏈索等高強(qiáng)度構(gòu)件來限制梁體的極限相對位移。在沒有以上措施時(shí)，可留足墩臺蓋梁或墩帽的支撐寬度，保證橋跨在縱向位移不超出支座長度，不發(fā)生落架的破壞;支座在地震中的抗剪承載力必須滿足要求，防止落架破壞。

1.3.2 橋梁下部結(jié)構(gòu)的抗震措施

橋梁下部結(jié)構(gòu)的震害是由于受到較大水平地震力，瞬時(shí)反復(fù)振動在相對薄弱的截面發(fā)生破壞而引起的，它是引起橋梁倒塌的主要原因。其破壞形式，高墩多為彎曲型，表現(xiàn)為混凝土開裂、壓潰和主筋彎曲及箍筋松脫等;而粗矮墩由于剛性大，多為折斷狀態(tài)的脆性剪切破壞。提高這類結(jié)構(gòu)的抗震能力不能僅靠提高強(qiáng)度來解決，而應(yīng)提高其結(jié)構(gòu)的延性，使其承受較大的塑性變形。橋墩盡可能采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其延性較好，空心截面的橋墩其延性優(yōu)于實(shí)心截面的橋墩;為提高柱式墩縱橫向剛度，可適當(dāng)加大樁、柱直徑或采用雙排的柱式墩和排架樁墩，樁、柱間設(shè)置橫系梁等。在設(shè)計(jì)中，除重視鋼筋數(shù)量的合理配置外，應(yīng)避免在墩柱中過早切斷主筋。主筋宜對稱布置，其間距不大于20 cm，至少每隔一根主筋宜用箍筋或拉筋固定。墩柱的箍筋間距對延性影響很大，間距越小延性越大，它能約束豎向主筋的屈曲，限止混凝土的橫向膨脹。

1.3.3 基礎(chǔ)抗震措施

地基失效是橋梁基礎(chǔ)產(chǎn)生震害的主要原因。震害調(diào)查表明，橋梁基礎(chǔ)置于基巖或堅(jiān)硬土層時(shí)，震害較輕。因此，要避免在不穩(wěn)定的地段修建橋梁，而應(yīng)盡可能將橋梁建造在巖石或均勻穩(wěn)定的堅(jiān)硬土層上。當(dāng)不可避免要在地基土較差的橋位處建橋時(shí)，則盡可能采用深基礎(chǔ)，并在樁的上部，離地面1～3 m 的范圍內(nèi)加強(qiáng)鋼筋布設(shè)。在構(gòu)造上，要加強(qiáng)基礎(chǔ)的整體性和剛度，同時(shí)采取減輕上部荷載等相應(yīng)措施。采用灌注樁基礎(chǔ)時(shí)，其破壞位置一般不是很明確，對于在震后的維修和檢測有很大隱患。對于該問題，可以人為設(shè)置塑性角，加大地底下的樁柱尺寸，將最容易破壞的截面提高到基礎(chǔ)以上。

2 針對山區(qū)公路彎、斜、坡橋的抗震思路與措施

2.1 山區(qū)彎橋抗震設(shè)計(jì)

山區(qū)公路彎橋在地震中的表現(xiàn)是很值得關(guān)注的，彎橋往往是在受力上比一般橋梁更加的復(fù)雜，地震荷載輸入的情況下，結(jié)構(gòu)的震動力除了各方向的加速度外還有很強(qiáng)的扭轉(zhuǎn)力，所以在彎橋的設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意橋墩結(jié)構(gòu)的選型，相關(guān)文獻(xiàn)推薦使用單圓形墩柱。單圓形墩柱在各個(gè)方向的慣性矩和截面性質(zhì)都是一樣的，對于不確定方向荷載的抵抗力有很好的效果。在抵抗扭矩時(shí)，單圓形柱墩比雙柱墩更具優(yōu)勢。

2.2 山區(qū)斜橋抗震設(shè)計(jì)

山區(qū)公路斜橋除了上述山區(qū)橋梁應(yīng)該注意的事項(xiàng)以外，更加要注意上部墩柱頂部的預(yù)留寬度和該處上部結(jié)構(gòu)的連接作用。在地震的作用下，斜橋橋墩傳遞給上部結(jié)構(gòu)的地震力與橋梁的軸線斜交，促使橋梁上部結(jié)構(gòu)平面轉(zhuǎn)動。蓋梁的剪力鍵不足以抵御上部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動時(shí)，就會發(fā)生落梁破壞。而且橋梁的轉(zhuǎn)動會加劇主梁間的碰撞，造成主梁和伸縮縫等構(gòu)件的破壞。所以上部結(jié)構(gòu)的連接作用要加強(qiáng)，并且支座比一般橋梁要寬。

2.3 山區(qū)坡橋抗震設(shè)計(jì)

山區(qū)公路坡橋的縱向各墩高度很容易相差很大，其在橋墩剛度的分配上就相差很大。要求采用一定的措施來調(diào)整剛度和質(zhì)量的分配，可以參考本文中前面所說的做法。另外，坡橋要限制其坡度值。坡橋結(jié)構(gòu)的坡度過大，橋梁縱向的低墩位將承受更大的沖擊，在墩位較低側(cè)應(yīng)加強(qiáng)連接和加強(qiáng)柱墩的抗彎能力。坡橋在坡向會有一定的滑動傾向，所選用的支座尺寸一定要保證在地震的縱向作用和自重滑動傾向作用下的安全問題。

［1］宋曉東，李建中.山區(qū)橋梁的抗震概念設(shè)計(jì)［J］.地震工程與工程振動，2004(1)

［2］Priestley M J N，Seible F，Calvi GM.Seismic design and retrofit of bridge［M］.New York:Wiley Sons Inc，1996

［3］范立礎(chǔ)，王志強(qiáng).橋梁減隔震設(shè)計(jì)［M］.北京:人民交通出版社，2001

［4］范立礎(chǔ).橋梁抗震［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1997