浅谈公路桥梁抗震设计

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　　摘要：在抗震抢险救灾中，公路交通运输是抢救人民生命财产、尽快恢复生产和重建家园的重要环节，遍布的道路交通就犹如全身的血管，由此可知道路交通的重要性，而公路桥梁作为道路交通的一部分，其重要性也就可想而知，而桥梁工程，作为重要的生命线工程，是交通运输的咽喉，在国家建设中起着举足轻重的作用，而在地震发生后为了紧急救援和抗震救灾的需要，其重要性就更为明显。
　　关键词：公路桥梁；施工管理
　　我国是地震多发的国家之一，为保证公路桥梁设施的完好，发挥其在抗震救灾中的作用，需对公路桥梁抗震设计进行深入的研究，所以本文就将对公路桥梁抗震设计予以简单的阐述。
　　一、桥梁的主要震害形式
　　桥梁的震害有多种形式，根据破坏的部位不同，主要可分为上部结构震害、附属工程震害、墩柱震害、基础震害四种：一是上部结构震害。桥梁上部结构震害按照产生的原因不同，可以分为结构震害和位移震害。其中较常见的是位移震害，桥梁位移震害主要表现为上部结构的纵向位移、横向位移以及扭转，一般来说，设置伸缩缝的地方比较容易发生位移震害，如果上部结构的位移超过了墩、台等的支撑面，则会发生更为严重的落梁震害，其落梁的原因一般是因为限位构造失效、墩台支承宽度不足造成，在地震力作用下，梁、墩台间出现较大相对位移，导致落梁现象的发生；二是附属工程震害。在地震力的作用下，主梁与下部墩柱、桥台连接部较为薄弱，若附属工程没有足够的限位能力将出现震害，其主要表现为支座脱离主梁、挡块碰撞破坏、伸缩缝拉断、台胸墙剪断等震害；三是墩柱震害。墩柱的震害主要表现出两种特征：即塑性铰破坏和剪切破坏，柔桥墩柱在地震力作用下，墩柱底部、顶部和墩柱与系梁连接处容易出现塑性铰，塑性铰混凝土在反复地震作用下剥落、破碎，失去承载能力，而刚性墩在地震作用下，变形能力小，主要以强度抵抗地震力，当地震力超越其承载强度时，出现剪切破坏；四是基础震害。基础的破坏与地基的破坏紧密相关，地基破坏一般都会导致基础的破坏，地基破坏主要是指地震作用下因砂土液化、不均匀沉降及稳定性不够等因素导致的地层水平滑移、下沉、断裂，基础的震害则主要表现为移位、倾斜、下沉、折断和塑性铰破坏。
　　二、公路桥梁抗震设防目标
　　公路工程对政治、经济、国防和抗震救灾具有特别重要的意义，在地震时一旦发生破坏，就将造成交通中断，后果非常严重，所以在进行公路工程抗震设计时，应根据不同等级公路的重要性程度，要考虑重要性系数来计算水平地震作用，其与建筑结构抗震设计采用的“三水准两阶段”的抗震设计方法有所不同，目前我国桥梁抗震仍采用一次设计法，仅进行基本烈度下的抗震验算，只进行设计地震力作用下的强度验算，没有考虑桥梁结构的“变形能力”和“耗能能力”，这就导致钢筋混凝土墩桂在强烈地震作用下，往往会因设计弯曲延性不足或塑性铰区设计抗剪强度不足而发生弯剪破坏或剪切破坏，因此，单一的强度设防原则是目前我国公路桥粱抗震设计中存在的主要问题，国际上公认的多级抗震设防原则是“小震不坏，中震可修，大震不倒”，我们建议公路桥梁的抗震设计宜采用三阶段三水准设防，对于第一阶段设计：对于小震，宜采用众值裂度的地震动参数，计算出结构在弹性状态下的地震作用效应，使结构在小震作用下不发生弹性破坏，并进行结构强度和稳定性验算，满足第一设防裂度对结构强度、变形和稳定性的要求，实现小震不坏；对于第二阶段设计：对于中震，宜采用第二水准裂度的地震动参数，考虑刚度退化，计算截面开裂、屈服及破坏时的荷载位移关系，并同地震荷载效应比较，要求有一定的安全度，从而满足第二级设防要求，实现中震可修；对于第三阶段设计：对于大震，宜采用第三水准裂度的地震动参数计算地震荷载效应，并同截面的破坏荷载比较，要求有一定的安全度，并考虑结构的倒塌机制，以保证整体稳定可靠度，从而实现大震不倒，上述三阶段设计原则实际上就规定了结构在三级地震水平下相应的反应，即在多遇地震作用下，结构总体处于弹性反应范围，结构构件没有损坏，在设防烈度的地震作用下，结构可能出现一定的塑性变形，但最大变形值应限定在远低于结构的容许变形以内，在罕遇地震作用下，结构将经历较大的弹塑性变形循环，最大变形可能达到结构的容许变形值，但始终不超过容许变形值，这就最终实现了“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防原则。
　　三、公路桥梁抗震设防措施
　　一是地段的选择。路桥梁项目的工程设计者在设计之初，应该对建筑地段进行合理化选择，掌握当地的地质资料和以前的地震活动情况，要避开不宜建筑地段，并采取适当的防护措施；二是设计合理的结构方案。在一般情况下，设计者在确定路线和控制点时，都应避开烈度高，震害破坏性大的地段，并合理利用当地地势地形，采用合适的设计方案，在确保桥梁防震水平的用时减少对自然平衡条件的破坏；三是要分析桥梁系统中抗震的强弱部分。通过对多年来的震害资料进行查阅，我们发现桥梁下部结构崩塌比较严重，桥梁上部结构抗震能力相对较好，震害主要会使桥梁上部结构中桥梁端撞损、梁片分离，不会影响桥梁的主要功能，震后修复也相对容易；四是桥梁延性抗震设计。延性抗震设计主要是利用结构、构件自身的延性耗能能力来抵抗地震的破坏作用，在设计时是通过增加结构、构件延性来实现，对结构允许出现塑性铰的部分进行专门的延性设计，如梁体与墩、台的连接处增加隔震支座，有效地减小墩、台所受的水平地震力；利用桥墩延性抗震，采用隔震支座和阻尼器相结合的系统达到减震的目的，采用减震新结构-型钢混凝土结构等，也大大了减小结构在地震中的反应，提高了桥梁的安全性能；五是防止桥梁落架设计措施。公路桥梁设计上要考虑主梁支承长度和主梁限位装置，在主梁支承长度上要将取值放大一些，在纵向上要设置纵向防落梁构造，但限位装置不得防碍纵向防落梁构造的作用发挥，且在强震区桥梁上结构要采用重量轻的钢结构连续体系，增加整体性，降低自重，减小地震惯性作用；六是桥梁结点抗震设计措施。桥梁结点区域一旦受损将难以修复，城市高架桥墩柱的结点、桥墩与盖梁的结点、桥墩与基础的结点等，是保证桥梁整体工作的重要构件，所以在桥梁抗震设计中，除了要保证墩、梁有足够的承载力和延性外，还要保证桥梁结点有足够的承载力，避免结点过早破坏，因此，要加强结点的抗震加固；七是桥梁抗震新方法。就是用建筑工程中常用的隔震方法在公路桥梁结构抗震设计上，安装隔震装置、耗能装置和吸震装置来达到防震、抗震目的，以隔震、减震和制震技术为特点的结构控制设计理论与实践弥补上了传统抗震设计的不足，将消极抗震变为积极抗震，为公路桥梁防震、抗震设计注入了新的活力；八是对于地震区的桥型选择，宜按下列几个原则进行：要尽量减轻结构的自重和降低其重心，以减小结构物的地震作用和内力，提高稳定性，力求使结构物的质量中心与刚度中心重合，以减小在地震中因扭转引起的附加地震力，应协调结构物的长度和高度，以减少各部分不同性质的振动所造成的危害作用，适当降低结构刚度，使用延性材料提高其变形能力，从而减少地震作用，要加强地基的调整和处理，以减小地基变形和防止地基失效。
　　结束语
　　综上所述，虽然目前地震还是不可有效的预测，但是只要我们通过研究认识到地震对结构的破坏规律，我们就能通过一定的抗震设防原则来制定相关的抗震设防措施，并控制好施工质量，这样就能尽量减低震害的影响。
　　参考文献：
　　[1] 龚继铣.浅谈公路桥梁的防震设计.科技资讯，2009年18期
　　[2] 徐旭东.公路桥梁设计与抗震措施的探讨[J].科技信息.2010.20.
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