周 晉

（四川省交通運(yùn)輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院 610041）

中小跨徑公路橋梁抗震設(shè)計(jì)理念及方法

周 晉

（四川省交通運(yùn)輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院 610041）

本文首先針對(duì)我國(guó)中小跨徑公路橋梁抗震設(shè)計(jì)的基本理念進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上，闡述了中小跨徑公路橋梁的有效抗震設(shè)計(jì)方式，希望能夠?yàn)槲覈?guó)從事道路橋梁工程設(shè)計(jì)的相關(guān)工作人員提供參考。

中小跨徑；抗震設(shè)計(jì)；公路橋梁

實(shí)踐研究證明，地震將會(huì)對(duì)道路橋梁工程的安全性和穩(wěn)定性帶來(lái)嚴(yán)重的影響。如果道路橋梁工程在設(shè)計(jì)階段沒(méi)有進(jìn)行有效的抗震設(shè)計(jì)，一旦出現(xiàn)地震災(zāi)害，就很有可能導(dǎo)致道路橋梁工程出現(xiàn)裂紋、破碎、變形等現(xiàn)象，對(duì)過(guò)往車輛和行人的生命安全造成十分嚴(yán)重的威脅。所以，針對(duì)道路橋梁工程的抗震設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)當(dāng)中十分重要的一部分，如何讓這些中小跨徑公路橋梁“小震不壞，大震不倒”，便成為了設(shè)計(jì)人員在日常工作中必須要思考的重要問(wèn)題。

1 中小跨徑公路橋梁的抗震設(shè)計(jì)理念

中國(guó)目前在道路橋梁工程抗震設(shè)計(jì)工作當(dāng)中所遵循的主要法律是《道路橋梁工程抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》JTG/TB02-01-2008（下文簡(jiǎn)稱《細(xì)則》）。《細(xì)則》當(dāng)中所規(guī)定的內(nèi)容，是以美國(guó)、日本、英國(guó)等世界發(fā)達(dá)國(guó)家的道路橋梁工程抗震設(shè)計(jì)理念作為基礎(chǔ)的。必須要注意的是，正是因?yàn)椤都?xì)則》當(dāng)中大量借鑒了這些發(fā)達(dá)國(guó)家的道路橋梁工程抗震設(shè)計(jì)理念，導(dǎo)致這一規(guī)則在實(shí)際使用的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)與中國(guó)國(guó)情不相符的狀況。這會(huì)對(duì)我國(guó)的道路橋梁工程的抗震設(shè)計(jì)工作帶來(lái)負(fù)面影響。[1]

（一）中小跨徑橋梁工程的傳力設(shè)計(jì)

在中小跨徑橋梁工程設(shè)計(jì)當(dāng)中，美國(guó)通常使用的是板式橡膠支座，日本則采用的是框架式支座，而中國(guó)所采用的則大多是鋼支撐結(jié)構(gòu)。以上支撐結(jié)構(gòu)在使用的過(guò)程中各有特點(diǎn)，它們?cè)趥髁?gòu)造、傳力方式上都存在較大的差異，但是《細(xì)則》當(dāng)中直接引用了美國(guó)、日本等國(guó)家的道路橋梁工程設(shè)計(jì)規(guī)范，數(shù)據(jù)的不匹配將會(huì)導(dǎo)致道路橋梁的抗震設(shè)計(jì)存在嚴(yán)重的缺陷。

（二）抗震設(shè)計(jì)目的分析

中國(guó)對(duì)于道路橋梁工程的抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)為“小震不壞，大震不倒?！钡遣⑽磳?duì)橋梁的抗震設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行科學(xué)的界定，這使得我國(guó)在道路橋梁設(shè)計(jì)的過(guò)程中，沒(méi)有一個(gè)能夠有效遵循的法律依據(jù)，導(dǎo)致道路橋梁工程的抗震效果不理想。針對(duì)這一問(wèn)題，必須要對(duì)不同級(jí)別地震影響下的公路橋梁工程各大位置，建立對(duì)應(yīng)的抗震數(shù)據(jù)指標(biāo)，包含有公路橋梁工程中的橋墩、支座、基礎(chǔ)、承臺(tái)、擋塊等的詳細(xì)強(qiáng)度要求數(shù)據(jù)，給我國(guó)的公路橋梁工程的抗震設(shè)計(jì)提供有效的數(shù)據(jù)信息。（三）地震數(shù)據(jù)分析工作分析

在我國(guó)絕大多數(shù)地區(qū)，地震動(dòng)參數(shù)保持在一個(gè)相對(duì)較低的水平，例如曾經(jīng)在2008發(fā)生8.0級(jí)特大地震的汶川，地震動(dòng)參數(shù)就是中級(jí)地震水平。在之前進(jìn)行公路橋梁工程設(shè)計(jì)時(shí)，并沒(méi)有充分考慮大型地震所導(dǎo)致的后果，于是設(shè)計(jì)人員在對(duì)當(dāng)?shù)氐缆窐蛄汗こ踢M(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的過(guò)程中，這些工程的抗震性能不足。因此，在針對(duì)道路橋梁工程進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，設(shè)計(jì)人員必須要從橋梁公路工程對(duì)這一地區(qū)的重要性，地震災(zāi)害發(fā)生后的危險(xiǎn)性等方面來(lái)對(duì)橋梁公路工程開(kāi)展抗震設(shè)計(jì)，不能只憑借地震烈度進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

2 中小跨徑公路橋梁工程抗震設(shè)計(jì)方法

本文以某省一條省級(jí)高速公路作為分析案例，該高速公路全長(zhǎng)115.2km，地理位置處在某地震斷裂帶上，根據(jù)要求，該道路工程需要有較高的抗震等級(jí)，因此在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)流程如下。

（一）抗震設(shè)計(jì)的流程

第一是確定計(jì)算方式。該公路工程的上部使用的是連續(xù)梁的構(gòu)造，中部的墩柱采用的是固定盆式支座，其他墩柱采用的單向和雙向盆式支座。所以，在該公路工程當(dāng)中，受到了來(lái)自縱向與橫向的地震總應(yīng)力都是工程當(dāng)中的橋墩以及固定支座進(jìn)行承擔(dān)的。[2]基于這一情況，設(shè)計(jì)人員根據(jù)《細(xì)則》當(dāng)中所提出的反應(yīng)譜方式，對(duì)運(yùn)算公式化簡(jiǎn)以后，得到最終結(jié)果，并將這一結(jié)果進(jìn)行復(fù)核。

第二是確定地震數(shù)據(jù)。就該公路工程來(lái)講，抗震等級(jí)要求為 B類，烈度為 8級(jí)，工程現(xiàn)場(chǎng)為Ⅲ類建筑場(chǎng)所，場(chǎng)地系數(shù)為 1.2。設(shè)計(jì)地震周期為 0.55s，抗震重要性數(shù)據(jù)為0.43.加速度最大值為0.2g。

第三是選擇運(yùn)算結(jié)構(gòu)。該公路橋梁工程當(dāng)中包含有大量的子結(jié)構(gòu)，這些子結(jié)構(gòu)的臨界點(diǎn)是橋梁當(dāng)中的伸縮縫。工作人員在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不需要將其進(jìn)行全部運(yùn)算，只需要從中選取擁有代表性的結(jié)構(gòu)，對(duì)其開(kāi)展抗震分析，便能夠得出抗震設(shè)計(jì)結(jié)果。

第四是結(jié)構(gòu)抗震運(yùn)算。在該工程當(dāng)中，設(shè)計(jì)人員選取但柱墩作為分析對(duì)象，依照簡(jiǎn)化以后的運(yùn)算公式，能夠得出支架頂部所受到的縱向地震受力情況，工程上部因?yàn)榈卣鹗艿搅藱M向受力情況，由此判定各區(qū)域所產(chǎn)生的水平方向位移，再根據(jù)相關(guān)運(yùn)算公式，便能夠運(yùn)算出該工程受到地震后的橫縱向作用效應(yīng)。參考永久作用效應(yīng)，便能運(yùn)算出彈性狀態(tài)性該工程所必須擁有的強(qiáng)度，由此確定墩柱所需要的縱筋。

第五是對(duì)重要部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。在該公路橋梁工程當(dāng)中，承擔(dān)地震的主要部件為墩柱與樁基，因此工作人員需要對(duì)這些重要部件的強(qiáng)度進(jìn)行二次運(yùn)算。

（二）抗震設(shè)計(jì)的具體方法

1.進(jìn)行抗震墩柱截面的選取

在公路橋梁工程當(dāng)中，墩柱界面和該工程的實(shí)際抗震能力關(guān)系緊密。在維持墩柱高墩和上部構(gòu)造相同的前提下，設(shè)計(jì)人員分別選擇了四個(gè)不同規(guī)格的截面。針對(duì)橋梁寬度、墩高度以及跨徑構(gòu)造都確定的公路橋梁工程，如果增加截面面積，便需要增加墩柱的縱向配筋使用量，彎矩也會(huì)有所上升，基礎(chǔ)部件的規(guī)格必須要比之前更大，若選擇降低截面面積，則該工程的抗彎能力便會(huì)削弱，并需要顯著提升界面的配筋率。[3]所以，過(guò)大或者過(guò)小的截面面積都存在問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員必須要憑借驗(yàn)算來(lái)確定墩柱截面面積。

2.選擇固定支座

針對(duì)該公路橋梁工程，尤其是和橋臺(tái)連接的部分，固定支座墩應(yīng)避免選擇矮墩，因?yàn)榘站哂袠O強(qiáng)的剛性，將會(huì)對(duì)之后的抗震設(shè)計(jì)造成不利的影響。[4]

3.邊梁梁端的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員在針對(duì)邊梁梁端進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須要讓邊梁梁端和墩柱之間存在有一定的間隔距離，這樣做的目的是為了防止在地震災(zāi)害出現(xiàn)后，該公路橋梁工程發(fā)生垂直落梁的現(xiàn)象。在工程上部構(gòu)造和與橋梁相連的位置，設(shè)計(jì)人員采用了鋼筋混凝土水平方向限位擋塊的設(shè)計(jì)方式。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：在出現(xiàn)地震災(zāi)害時(shí)，擋塊能夠起到一定的支撐效果，防止水平方向所出現(xiàn)的位移距離過(guò)大而由此導(dǎo)致的落梁。

4.承臺(tái)與獨(dú)柱墩的連接設(shè)計(jì)

在承臺(tái)和獨(dú)柱墩的連接位置，設(shè)計(jì)人員必須要采用墩柱搭配直配筋、水平方向箍筋來(lái)維持其連續(xù)性，防止地震災(zāi)害對(duì)該工程的薄弱環(huán)節(jié)造成損害。[5]在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要把墩底的垂直方向鋼筋延伸至承臺(tái)底層，深入長(zhǎng)度必須要超過(guò)50cm。

3 結(jié)束語(yǔ)

在最近幾年當(dāng)中，隨著中國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)化經(jīng)濟(jì)體系的逐漸成熟，國(guó)人對(duì)公路橋梁工程有了更大的需求。因此，保障這些重要基礎(chǔ)設(shè)施的安全，便成為了設(shè)計(jì)人員需要重點(diǎn)思考的問(wèn)題。中小跨徑公路橋梁抗震設(shè)計(jì)，同其他發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在較大距離，并且規(guī)則制度還需要進(jìn)行完善，在開(kāi)展設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要基于我國(guó)的實(shí)際情況，做好每一個(gè)環(huán)節(jié)的抗震設(shè)計(jì)。

[1]盧宇波.中小跨徑公路橋梁抗震設(shè)計(jì)理念及方法[J].珠江水運(yùn),2016,(10)：52-53.

[2]侯澤群.關(guān)于中小跨徑公路橋梁抗震設(shè)計(jì)理念探討[J].江西建材,2016,(04)：199.

[3]王克海,韋韓,李茜,李悅.中小跨徑公路橋梁抗震設(shè)計(jì)理念[J].土木工程學(xué)報(bào),2012,(09)：115-121.

[4]汪玚.公路橋梁抗震設(shè)計(jì)新技術(shù)研究新技術(shù)、新方法、新理念把脈公路橋梁抗震設(shè)計(jì)[J].交通建設(shè)與管理.2013,(05)：36.

[5]邵玉剛,馬賢明.基于性能的橋梁抗震設(shè)計(jì)理論的探討[J].山西建筑.2012,(14)：202-203+240.

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1007-6344（2017）09-0072-01

周晉（1983.3.23）漢族，四川綿陽(yáng)人，工程師，本科學(xué)歷，從事橋梁方面的工作。