宣秀珍

（江蘇緯信工程咨詢有限公司 江蘇南京 210014）

我國是一個面積遼闊的大國，國內(nèi)地形條件復雜，一些省份山區(qū)較多，建設公路時需要建造跨越深溝或河谷的橋梁，一些橋梁的橋墩高度高達上百米，再加上一些地區(qū)是地震受災重區(qū)，高墩橋梁很容易受到破壞。為此，對山區(qū)高墩橋梁的抗震設計進行研究分析具有重要的意義，不僅能提高橋墩穩(wěn)定性，還能優(yōu)化工程效益。

1 山區(qū)高墩橋梁抗震概念設計

圍繞著以地震災害、工程經(jīng)驗等為依據(jù)總結(jié)出的抗震基本設計原則、設計思想為中心進行橋梁結(jié)構(gòu)總體布置，以及確定細節(jié)構(gòu)造的過程就是抗震概念設計?？拐鸶拍钤O計的理論基礎(chǔ)是工程概念，設計過程中分析判斷一些很難通過計算或規(guī)范解決的問題時需要采用符合工程本質(zhì)和客觀規(guī)律的方法，并采取有針對性的措施實現(xiàn)對設計對象的宏觀調(diào)控。就目前而言，人類在地震這方面掌握的知識仍然很少，發(fā)現(xiàn)的地震及結(jié)構(gòu)受地震作用的規(guī)律很少，這使得結(jié)構(gòu)抗震設計無法制定具體的規(guī)定。隨著人們抗震經(jīng)驗的增長，人們發(fā)現(xiàn)了一個重要的原則，即概念設計對抗震設計的科學性、合理性具有決定性的影響作用，其在實際工程應用中遠比計算設計更為重要?？拐鸶拍钤O計主要由工程結(jié)構(gòu)總體布置及細部構(gòu)造組成，而橋梁的抗震概念設計則包括橋梁位置選擇、橋型方案等基本內(nèi)容及橋梁上下部結(jié)構(gòu)型式選擇、連接、配筋方式等細部構(gòu)造兩部分內(nèi)容。表1概括了橋梁抗震設計中橋位選擇、橋梁結(jié)構(gòu)選型、橋墩選型方面應遵循的大體原則。

表1 橋梁抗震設計原則

1.1 橋位選擇

橋位選擇是山區(qū)高墩橋梁抗震設計的一項重要內(nèi)容，對橋的穩(wěn)定性具有十分重要的影響。橋位選擇的總體原則就是選擇對抗震有利的地段，如在附近無活動性斷裂且地質(zhì)構(gòu)造較穩(wěn)定的場地建設橋梁，盡可能地使橋梁遠離黏性土層、液化土層、底層嚴重不均勻的區(qū)域，這些地質(zhì)結(jié)構(gòu)軟弱的區(qū)域受到地震作用容易出現(xiàn)滑坡、崩塌現(xiàn)象從而改變河流流向，進而對岸坡穩(wěn)定性及橋梁墩臺安全性造成嚴重的影響。在山區(qū)高墩橋梁的抗震設計過程中，橋的許多參數(shù)，如橋?qū)?、橋長等，都會受到地理條件及其他因素的限制而無法調(diào)整。此時，根據(jù)實際需求及相關(guān)標準選擇合適的橋梁上、下部結(jié)構(gòu)就顯得尤為重要。橋梁上、下部結(jié)構(gòu)是橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能的主要影響因素。山區(qū)高墩橋梁通常設置在平豎曲線半徑較小，彎道較多的地方，而橋梁的型式多為高墩曲線橋，結(jié)構(gòu)復雜，具有明顯的不規(guī)則性。為此，山區(qū)高墩橋梁抗震設計中橋梁型式的選擇具有重要作用。

1.2 橋梁結(jié)構(gòu)選型

在山區(qū)高墩橋梁抗震設計中，橋梁結(jié)構(gòu)型式選擇最先考慮的就是該構(gòu)型能否滿足抗震要求。橋梁上部優(yōu)先選擇抗震性能好的構(gòu)型，如連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)等，同時注意盡量避免大跨徑，以中小跨徑代替。此外，橋梁上部結(jié)構(gòu)設計中，結(jié)構(gòu)可通過設置多個制動墩將地震作用力分散，從而增強結(jié)構(gòu)的抗震能力，制動墩的基礎(chǔ)應進行適當?shù)膹娀?。橋梁下部結(jié)構(gòu)的設計則應綜合考慮柔度、承載力、耐久性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等多個因素，實現(xiàn)大震不倒、中震可修、小震不壞。山區(qū)高墩橋梁的剛度和質(zhì)量不平衡問題容易導致橋梁受地震作用后發(fā)生較大位移，而導致這一問題的原因主要是山谷兩側(cè)山體坡度大，橋梁墩高出現(xiàn)較大差異，導致相鄰橋墩剛度不同。相鄰橋墩剛度不同的橋梁在受地震影響時無法平均分配地震作用力，剛度大的橋墩需要承載更多的力，容易導致剛度扭轉(zhuǎn)中心出現(xiàn)偏移，從而致使橋梁上、下部結(jié)構(gòu)發(fā)生水平轉(zhuǎn)動，橋梁被破壞的幾率大大增加。為了實現(xiàn)橋梁剛度和質(zhì)量的平衡，通常會采用等墩高、等跨度、等橋面寬度的設計，但山區(qū)地形復雜，給橋梁建設造成了很大的限制，這些設計難以實現(xiàn)。

1.3 橋墩選型

山區(qū)橋梁大多是曲線橋梁，具有比較突出的不規(guī)則性，受力情況復雜，橋梁的墩高不一致，高墩與矮墩之間的關(guān)系對橋梁的抗震能力具有突出的影響。若高墩、矮墩耦合，地震作用時，矮墩受力更大，更易被破壞；若高墩、矮墩不耦合，則墩頂容易發(fā)生位移，導致落梁或支座脫落，從而對主梁、伸縮縫造成破壞。為此，橋墩選型對橋梁抗震性能具有重要作用，圖1是一些常見的高墩橋墩，有雙柱墩、T型墩、空心薄壁墩、門架墩，不同墩型特點不同，適用的情況也不同。

圖1 常見高墩橋墩

常規(guī)雙柱墩的特點是橫向抗彎剛度較好，縱向抗彎、抗扭剛度較差，主要適用于墩高不超過30m的橋梁。T型墩的特點是各方面抗彎、抗扭剛度都較大，但其橫向截面尺寸小，因此橫向剛度較小，適用于墩高小于40m的橋梁?？招谋”诙辗譃榈冉孛婧妥兘孛鎯煞N，其橫向剛度大，等截面的空心薄壁墩適用于墩高小于80m的橋梁，變截面的空心薄壁墩使用高度則可達到100m。門架墩適用于橋梁較寬、墩高低于60m的橋梁。

2 山區(qū)高墩橋梁抗震計算方法

（1）擬靜力法。擬靜力法是以動態(tài)分布系數(shù)、結(jié)構(gòu)重力作用以及地震加速度與重力加速度比值的乘積為依據(jù)設計地震力，確定地震作用，并將其作為靜力荷載作用于結(jié)構(gòu)上，進行靜力分析。靜力分析法是一種近似的非線性抗震分析法，被用于計算結(jié)構(gòu)變形。若將此方法用于研究動態(tài)結(jié)構(gòu)，擬靜力法的力學模型局限性較明顯。

（2）反應譜法。反應譜法是橋梁抗震設計計算常用方法，可細分為振型分解反應譜法、底部剪力法。反應譜法根據(jù)標準反應譜，作用于結(jié)構(gòu)的地震慣性力表示結(jié)構(gòu)受到地震作用時的地面加速度引起的結(jié)構(gòu)自身加速度動力反應，把動力問題轉(zhuǎn)變?yōu)殪o力問題，再進行處理。利用反應譜法進行計算時主要考慮不同振型或基本振型的地震反應，而沒有充分考慮到各支座在地震作用下運動的不均一性、差異性。為此，對于結(jié)構(gòu)比較復雜，具有較強不規(guī)則性的高墩橋梁，不推薦使用此法進行抗震計算。

（3）時程分析法。時程分析法指的是把地面加速度的地震波直接輸入結(jié)構(gòu)動力方程中求解，從而得到結(jié)構(gòu)振動時的位移的計算方法。當收到強烈地震作用時，高墩橋梁可以出于一種嚴重的非線性彈塑性狀態(tài)，在這種情況下使用時程分析法應綜合考慮地震輸入特性、結(jié)構(gòu)彈塑性。時程分析法與擬靜力法、反應譜法相比，在計算設計中具有優(yōu)勢。

3 山區(qū)高墩橋梁抗震策略

山區(qū)高墩橋梁抗震不僅需要考慮結(jié)構(gòu)抗震設計，還應采取抗震措施。①梁端至墩、臺帽邊緣的距離應符合相關(guān)安全標準，橋臺背墻應適當加強，在梁和橋臺背墻間裝彈性襯墊，緩和沖擊，以減小梁的位移。②采取適當?shù)目v向、橫向限位措施，如螺栓連接等，以減小橋梁位移。此外，還應注重墩柱延性抗震。

4 小結(jié)

山區(qū)高墩橋梁抗震設計與橋梁整體性能、質(zhì)量具有直接關(guān)系，對橋梁穩(wěn)定性、安全性具有重要影響作用。橋梁工程建設必須正確認識到橋梁抗震設計的重要意義，以抗震概念設計為原則，采用科學合理的計算方法，采取必要的抗震措施，優(yōu)化橋梁抗震性能，提高橋梁工程的質(zhì)量。