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中小跨徑公路橋梁抗震設(shè)計理念及方法

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摘要：公路橋梁是我國重要的基礎(chǔ)設(shè)施，對人們出行安全、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著極大影響。在中小跨徑公路橋梁設(shè)計中，抗震設(shè)計是一項十分重要的內(nèi)容，直接決定著公路橋梁的安全性。因此，提高公路橋梁抗震設(shè)計有著重要意義。文章對中小跨徑公路橋梁的設(shè)計理論及方法展開了討論，有效消除抗震安全隱患，提高公路橋梁的質(zhì)量，延長使用壽命。

關(guān)鍵詞：公路橋梁 抗震設(shè)計 地震 方法

研究地震對公路橋梁安全有著極大威脅。如果公路橋梁抗震設(shè)計不足，就會造成公路橋梁的裂縫、擋塊破碎、支座變形等危害，對人們生命財產(chǎn)造成巨大威脅。以2008年汶川地震為例，被毀壞了高速公路、國省干線、鄉(xiāng)村公路以及橋梁分別有24條、161條、8618條和6140座，僅交通設(shè)施經(jīng)濟(jì)損失就超過670億。因此，加強(qiáng)公路橋梁抗震設(shè)計十分必要，本文對此展開了研究。

1.中小跨徑公路橋梁設(shè)計理念

我國當(dāng)前公路橋梁在抗震方面的規(guī)范主要是《公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則》JTG/T B02_01-2008（以下簡稱《細(xì)則》），這是以美、日等發(fā)達(dá)國家橋梁設(shè)計規(guī)范為基礎(chǔ)，圍繞先進(jìn)延性抗震設(shè)計、能力保護(hù)理念形成的。但在一些方面與我國實際情況不符，影響了公路橋梁抗震設(shè)計效果。

1.1中小跨橋梁傳力方面

我國、美國和日本采用的分別是板式橡膠支座、框架式支座以和鋼支撐，實際情況之間存在差異，傳力結(jié)構(gòu)體系、傳力途徑方面都有所不同。直接采用國外規(guī)范，導(dǎo)致設(shè)計過程中出現(xiàn)了問題。

1.2抗震設(shè)計目標(biāo)方面

我國設(shè)定的目標(biāo)是“小震不壞、中震可修、大震不倒”，并沒有嚴(yán)格的界定標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致公路橋梁設(shè)計沒有準(zhǔn)確依據(jù)，影響了抗震設(shè)計效果。對此，需要對不同水準(zhǔn)地震作用下，公路橋梁各個部位、構(gòu)建制定明確的抗震目標(biāo)，包括樁基礎(chǔ)、承臺、橋墩、支座以及擋塊的強(qiáng)度、延性指標(biāo)等，為公路橋梁抗震設(shè)計提供參考。

1.3地震參數(shù)劃分方面

許多地區(qū)的地震動參數(shù)是相對較低的，如汶川就僅為中震水平。在設(shè)計時，沒有考慮大震情況，也會降低公路橋梁抗震性能。對此，在公路橋梁抗震設(shè)計中，需要從橋梁重要性、地震危險性方面來設(shè)計抗震構(gòu)造，而不是依據(jù)地震烈度。

2.公路橋梁的抗震方法

以某高速公路為例，此高速公路位于地震斷裂帶上，需要設(shè)計較高的抗震設(shè)防等級，其抗震設(shè)計過程與方法如下：

2.1抗震設(shè)計過程

（1）確定計算方法。此公路橋梁上部采取連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，中部墩柱是固定盆式支座，其余墩柱是單、雙向的盆式支座。因此，在一聯(lián)結(jié)構(gòu)中，公路橋梁受到的橫向、縱向（順橋向）地震作用力分別是由聯(lián)內(nèi)各橋墩、固定支座墩承受的?？梢圆扇　都?xì)則》中反應(yīng)譜方法，對計算公式進(jìn)行簡化后，得到計算結(jié)果并進(jìn)行復(fù)核。

（2）確定地震參數(shù)。就本公路橋梁而言，抗震設(shè)防類別設(shè)計為B類，烈度8級。場地是Ⅲ類建筑場地，場地系數(shù)1.2，地震周期0.55s，抗震重要性系數(shù)是0.43，加速度峰值0.2g。

（3）選取計算結(jié)構(gòu)。本公路橋梁包括眾多的子結(jié)構(gòu)，其分界點是伸縮縫。在抗震設(shè)計時，無需全部計算?？蓮闹羞x擇具有代表性的結(jié)構(gòu)，對其進(jìn)行抗震分析，得到抗震設(shè)計結(jié)果。

（4）結(jié)構(gòu)抗震計算。選擇單柱墩作為抗震設(shè)計分析對象，根據(jù)簡化后的計算公式，可以得到支座頂面受到的縱向地震作用力、上部結(jié)構(gòu)受到的橫向地震作用力，從而確定各自對應(yīng)的水平位移；再根據(jù)彈性樁水平位移與作用效應(yīng)計算公式，可以計算出順橋向、橫橋向的地震作用效應(yīng)。結(jié)合永久作用效應(yīng)，可以計算出彈性狀態(tài)下橋墩需要達(dá)到的強(qiáng)度值，最終確定墩柱需要的縱筋配置。

（5）主要構(gòu)件設(shè)計。公路橋梁抗震中承受地震作用的主要構(gòu)件是樁基礎(chǔ)和墩柱，需要分別對其強(qiáng)度加以驗算。其中，在樁基礎(chǔ)強(qiáng)度驗證中，以E1地震作用為基礎(chǔ)，算出配筋率。在材料標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度、最不利軸力條件下，計算橋梁兩個方向的極限彎矩值。結(jié)合對應(yīng)的軸力值、剪力值，通過對樁基礎(chǔ)直徑、組合的設(shè)計，使樁基礎(chǔ)處于彈性狀態(tài)，驗算其承載能力。在本高速公路選擇的代表性計算結(jié)構(gòu)中，要使樁基礎(chǔ)同時滿足強(qiáng)度和豎向荷載要求。根據(jù)豎向荷載值，13m、17m的主線橋梁和9.5m、8m的匝道橋梁，應(yīng)分別選用3樁以上群樁基礎(chǔ)、雙樁基礎(chǔ)，然后根據(jù)上述方法驗證樁基礎(chǔ)強(qiáng)度值。如果有不滿足的情況，需要適當(dāng)增加樁徑或配筋率。在墩柱抗剪強(qiáng)度驗算中，以E1地震作用下進(jìn)行彈性設(shè)計，E2地震作用下進(jìn)行延性設(shè)計，并對蓋梁、墩柱、基礎(chǔ)等進(jìn)行能力保護(hù)設(shè)計，算出配筋率，計算橋梁兩個方向的極限彎矩值。結(jié)合對應(yīng)的剪力值，對墩柱塑性鉸區(qū)域進(jìn)行箍筋配置，根據(jù)《細(xì)則》對墩柱抗剪強(qiáng)度進(jìn)行驗算。

表1　抗震計算結(jié)果

2.2抗震設(shè)計方法

（1）做好墩柱截面的選擇。墩柱截面與其抗震能力之間有著密切關(guān)系。在保持上部結(jié)構(gòu)、墩柱高墩一致條件下，分別選取4個不同截面尺寸，其對于E1的抗震結(jié)果如表1所示，由于篇幅有限，對于E2地震作用下的延性設(shè)計，這里就不概述了。從表1中可知，對于橋?qū)?、墩高和跨徑結(jié)構(gòu)確定的橋梁，若是選擇大截面，會增加墩柱縱向配筋，彎矩值也會相應(yīng)增加，基礎(chǔ)構(gòu)件的尺寸也需要相應(yīng)增大；如果選擇小截面，抗彎強(qiáng)度可能不足，需要不斷提高截面配筋率。因此，過小或過大的截面都是不合適的。需要通過假定驗算，選擇合適的墩柱截面。

（2）在固定支座墩選擇上，對于一聯(lián)橋梁，特別是與橋臺相連的那一聯(lián)，固定支座墩不宜選用矮墩。其原因是矮墩剛度較大，并不利于抗震。

（3）在邊梁梁端設(shè)計上，要使其與墩柱邊緣保持足夠距離。以免在地震發(fā)生時，橋梁出現(xiàn)縱向落梁問題。

（4）在橋梁上部結(jié)構(gòu)與橋墩連接部位，需要采取鋼筋混凝土橫向限位擋塊設(shè)計。在地震發(fā)生時，可以起到支撐作用， 避免橫向位移過大而發(fā)生落梁。

（5）在單柱墩底部的塑性鉸區(qū)，由于其是箍筋加密區(qū)，在長度設(shè)計上，需要按照墩柱截面的長邊尺寸或者墩柱高的1/5來選取，從兩個值中選擇較大的一個作為加密區(qū)長度。加密箍筋的間距以10cm為宜，鋼筋的直徑、肢數(shù)需要通過驗算墩柱抗剪強(qiáng)度來確定。

（6）在承臺與獨柱墩下結(jié)點的連接部位，需要使墩柱垂直配筋、橫向箍筋保持連續(xù)，以免地震作用破壞薄弱環(huán)節(jié)。在設(shè)計時，需要將墩底的縱向墩柱鋼筋，直接延伸到承臺底部。加密區(qū)的箍筋也需要延伸至承臺中，深入長度要超過0.5m或者墩柱截面長邊尺寸的 50%。

3.結(jié)語

綜上所述，近些年來，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對交通運(yùn)輸?shù)男枨蟛粩嘣黾?，公路橋梁工程越來越多，公路橋梁安全成為了人們關(guān)心的重點內(nèi)容。公路橋梁設(shè)計是其安全的決定性因素，抗震作為公路橋梁安全的一項重要指標(biāo)，需要在設(shè)計中加強(qiáng)對抗震的設(shè)計，以提高公路橋梁的抗震能力。我國公路橋梁抗震設(shè)計借鑒于西方發(fā)達(dá)國家，但受國情影響，存在許多不適宜之處，在設(shè)計時，需要從公路橋梁實際情況入手，按照固定的步驟，做好每一環(huán)節(jié)的設(shè)計。并著重加強(qiáng)薄弱部位的抗震設(shè)計，保障公路橋梁整體的安全性。

參考文獻(xiàn)：

［1］王克海，李沖，李悅.中國公路橋梁抗震設(shè)計規(guī)范中存在的問題及改進(jìn)建議［J］.建筑科學(xué)與工程學(xué)報，2013（2）：95-103.

［2］貢金鑫，王雪婷，張勤.從汶川地震災(zāi)害看現(xiàn)行國內(nèi)外橋梁抗震設(shè)計方法［J］.大連理工大學(xué)學(xué)報，2009（5）739-747.

［3］莊泳浩，劉芳.公路橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計要點分析［J］.中國市政工程，2011（4）：17-19，22，88.

［4］劉健新，趙國輝，李加武.汶川地震及中國公路橋梁抗震設(shè)計規(guī)范的變遷［J］.交通科學(xué)與工程，2009（01）：21-25.

［5］唐光武，蘭海燕.中國公路橋梁抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展和評價［J］.公路交通技術(shù)，2011 （06）：39-43+48.