公路橋梁抗震設(shè)計細則分析

1、<p>　　公路橋梁抗震設(shè)計細則分析</p><p>　　【摘要】本文主要分析了公路橋梁抗震設(shè)計的一些關(guān)鍵性問題，具體論述了公路橋梁抗震設(shè)計的一些細則，以期可以通過分析為我國的公路橋梁抗震設(shè)計提供有意義的參考。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】公路橋梁；抗震設(shè)計；細則 </p><p>　　中圖分類號：U448文獻標識碼： A </p>&l

2、t;p><b>　　一、前言 </b></p><p>　　對于公路橋梁工程來說，必須要在抗震設(shè)計方面予以關(guān)注和重視，抗震性能已經(jīng)成為了評定公路橋梁工程質(zhì)量的一個重要的因素，因此，必須要分析公路橋梁抗震設(shè)計細則。 </p><p>　　二、橋梁的主要震害形式現(xiàn)如今，我國橋梁工程發(fā)展迅速，在根據(jù)國內(nèi)外歷次大地震的調(diào)查研究，公路橋梁的地震破壞主要形式總結(jié)歸納如下：1

3、、橋梁上部結(jié)構(gòu)受水平力作用滑落(汶川百花大橋落梁)；2、橋墩塑性鉸的抗彎、抗剪強度不足，導(dǎo)致橋墩破壞(日本阪神大量墩柱破壞)； </p><p>　　3、橋墩、樁基礎(chǔ)鋼筋的連接及錨固性能不足，導(dǎo)致橋墩破壞(最為常見)； </p><p>　　4、橋梁支座等連接部位破壞(最為常見)。 </p><p>　　常規(guī)橋梁抗震設(shè)計首先應(yīng)是抗震構(gòu)造措施，根據(jù)汶川地震相關(guān)調(diào)查表明

4、干線公路橋梁由于采用了合理的抗震構(gòu)造措施，結(jié)構(gòu)安全富裕較多，震后其破壞遠小于地方道路橋梁?？拐饦?gòu)造措施是在總結(jié)橋梁震害經(jīng)驗的基礎(chǔ)上提出的設(shè)計原則，事實表明抗震構(gòu)造措施可以起到有效減輕震害作用，而所耗費的工程代價往往較低。 </p><p>　　主要的橋梁的震害有多種形式，根據(jù)破壞的部位不同，主要可分為上部結(jié)構(gòu)震害、附屬工程震害、墩柱震害、基礎(chǔ)震害四種。 </p><p><b>

5、　　1、上部結(jié)構(gòu)震害 </b></p><p>　　橋梁上部結(jié)構(gòu)震害按照產(chǎn)生的原因不同，可以分為結(jié)構(gòu)震害和位移震害。其中較常見的是位移震害。 </p><p>　　橋梁位移震害主要表現(xiàn)為上部結(jié)構(gòu)的縱向位移、橫向位移以及扭轉(zhuǎn)。一般來說，設(shè)置伸縮縫的地方比較容易發(fā)生位移震害。如果上部結(jié)構(gòu)的位移超過了墩、臺等的支撐面，則會發(fā)生更為嚴重的落梁震害。落梁的原因一般是因為限位構(gòu)造失效、墩臺

6、支承寬度不足造成，在地震力作用下，梁、墩臺間出現(xiàn)較大相對位移，導(dǎo)致落梁現(xiàn)象的發(fā)生。 </p><p><b>　　2、附屬工程震害 </b></p><p>　　在地震力的作用下，主梁與下部墩柱、橋臺連接部較為薄弱，若附屬工程沒有足夠的限位能力將出現(xiàn)震害。主要表現(xiàn)為支座脫離主梁、擋塊碰撞破壞、伸縮縫拉斷、臺胸墻剪斷等震害。 </p><p>&

7、lt;b>　　3、墩柱震害 </b></p><p>　　墩柱的震害主要表現(xiàn)出兩種特征：塑性鉸破壞和剪切破壞。柔橋墩柱在地震力作用下，墩柱底部、頂部和墩柱與系梁連接處容易出現(xiàn)塑性鉸，塑性鉸混凝土在反復(fù)地震作用下剝落、破碎，失去承載能力。剛性墩在地震作用下，變形能力小，主要以強度抵抗地震力，當?shù)卣鹆Τ狡涑休d強度時，出現(xiàn)剪切破壞。 </p><p><b>　　4

8、、基礎(chǔ)震害 </b></p><p>　　基礎(chǔ)的破壞與地基的破壞緊密相關(guān)，地基破壞一般都會導(dǎo)致基礎(chǔ)的破壞。地基破壞主要是指地震作用下因砂土液化、不均勻沉降及穩(wěn)定性不夠等因素導(dǎo)致的地層水平滑移、下沉、斷裂?；A(chǔ)的震害主要表現(xiàn)為移位、傾斜、下沉、折斷和塑性鉸破壞。 </p><p>　　三、《公路橋梁抗震設(shè)計細則》難點、重點 </p><p><b&g

9、t;　　1、抗震概念設(shè)計 </b></p><p>　　根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗等歸納的基本設(shè)計原則和設(shè)計思想，進行橋梁結(jié)構(gòu)總體布置、確定細部構(gòu)造的過程。 </p><p><b>　　2、彈性抗震設(shè)計 </b></p><p>　　不允許橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生塑性變形，用構(gòu)件的強度作為衡量結(jié)構(gòu)性能的指標，只需校核構(gòu)件的強度是否滿足要求。 &l

10、t;/p><p><b>　　3、延性抗震設(shè)計 </b></p><p>　　允許橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生塑性變形，不僅用構(gòu)件的強度作為衡量結(jié)構(gòu)性能的指標，同時要校核構(gòu)件的延性能力是否滿足要求。鋼筋混凝土墩柱橋梁，抗震設(shè)計時，墩柱宜作為延性構(gòu)件設(shè)計。橋梁基礎(chǔ)、蓋梁、梁體和結(jié)點宜作為能力保護構(gòu)件。墩柱的抗剪強度宜按能力保護原則設(shè)計。沿順橋向，連續(xù)梁橋、簡支梁橋墩柱的底部區(qū)域，連續(xù)剛構(gòu)橋

11、墩柱的端部區(qū)域為塑性鉸區(qū)域；沿橫橋向，單柱墩的底部區(qū)域、雙柱墩或多柱墩的端部區(qū)域為塑性鉸區(qū)域。 </p><p>　　4、公路橋梁抗震性能評價與抗震加固、設(shè)計技術(shù) </p><p>　　從總體上看，原《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》（JTJ004-2010）的抗震設(shè)防分類和設(shè)防標準是基本合理的。 </p><p>　　公路橋梁分為A、B、C、D四個抗震設(shè)防類別，其中A類為單

12、跨跨徑超過150米的特大橋，B類涵蓋了原規(guī)范的A、B類，C、D類同原規(guī)范一致。設(shè)防標準基本維持和原規(guī)范相當?shù)乃健５炯殑t在抗震設(shè)計方法上有大的改變，采用兩水平設(shè)防，兩階段設(shè)計。第一階段采用彈性抗震設(shè)計；第二階段采用延性抗震設(shè)計方法，并引入能力保護設(shè)計原則。通過第一階段的抗震設(shè)計，即對應(yīng)E1地震作用的抗震設(shè)計，可達到和原規(guī)范基本相當?shù)目拐鹪O(shè)防水平。通過第二階段的抗震設(shè)計，即對應(yīng)E2地震作用的抗震設(shè)計，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性能力，通過驗

13、算，確保結(jié)構(gòu)的延性能力大于延性需求。通過引入能力保護設(shè)計原則，確保塑性鉸只在選定的位置出現(xiàn)，并且不出現(xiàn)剪切破壞等破壞模式。通過抗震構(gòu)造措施設(shè)計，確保結(jié)構(gòu)具有足夠的位移能力。 </p><p>　　四、橋梁設(shè)計與抗震措施 </p><p>　　1、防止落梁的措施 </p><p>　　《公路橋梁抗震設(shè)計細則》指出上部結(jié)構(gòu)主梁的支承長度a≥70+0.5L(L為梁的計算跨

14、徑，L單位為m，a單位為cm)，該取值沿用自日本抗震設(shè)計規(guī)范，多數(shù)設(shè)計者認為規(guī)范取值較為保守，比上一代規(guī)范《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范(JTJ004-89))有較大提高(a≥50+L)。這里需指出該種認識屬于誤區(qū)，當“長橋高墩”時應(yīng)在規(guī)范基礎(chǔ)上給予更多的安全富余。例如：都汶高速公路廟子坪岷江大橋第10跨(跨徑50m、墩高70m)。雖然蓋梁寬度高達3.0m(根據(jù)《橋梁抗震細則》要求，含伸縮縫寬度取2.1m即可)，但該橋還是發(fā)生縱向落梁，所以在設(shè)

15、計中應(yīng)注意“長橋高墩”,特別是設(shè)置有伸縮縫的相鄰聯(lián)橋墩，不僅要將主粱支承長度取值放大一些，還需要設(shè)置主粱限位裝置。根據(jù)國外規(guī)范以及《抗震設(shè)計細則》精神，同時應(yīng)設(shè)置縱向防落梁構(gòu)造，同時應(yīng)注意限位裝置不得有礙于防落梁構(gòu)造的發(fā)揮。 </p><p>　　根據(jù)汶川地震后的調(diào)查表明橫橋向抗震擋塊的破壞非常普遍，2010年玉樹震區(qū)橋梁調(diào)查也存在同樣問題，說明當前擋塊設(shè)計存在薄弱的問題，主要表現(xiàn)為構(gòu)造尺寸偏小，主筋配筋偏少，擋

16、塊內(nèi)側(cè)缺少減震橡膠塊，特別是在斜彎橋設(shè)計中應(yīng)比直線橋具備更多的考慮。擋塊內(nèi)側(cè)不儀應(yīng)設(shè)置橡膠塊，還應(yīng)考慮留有不小于5cm的縫隙，多數(shù)橋梁設(shè)計將橋墩擋塊設(shè)置為與蓋粱邊緣齊平的方法是欠考慮的，往往造成施工誤差調(diào)整困難以及上述5cm縫隙難以保證，故建議橋墩蓋梁端部懸出擋塊外1Oom為宜。 </p><p>　　2、支座形式和布置方式 </p><p>　　支座選型長期以來被忽視，常規(guī)粱橋多采用普通

17、橡膠支座，汶川地震后的調(diào)查表明普通橡膠支座破壞后加劇了橋梁損傷，建議根據(jù)橋梁設(shè)防要求，選用適用的支座類型。基本地震動峰加速度峰值0.1g地區(qū)和以上地區(qū)應(yīng)選擇減震型橡膠支座。 </p><p>　　作為支座的布置是否合理至關(guān)重要，汶川百花大橋第5聯(lián)(5×20m)采用一個固定支座，其余墩為活動支座，導(dǎo)致全聯(lián)上部結(jié)構(gòu)水平地震力幾乎完全由固定支座下的橋墩承擔，該橋墩迅速破壞后，造成全聯(lián)坍塌。對于連續(xù)梁橋在設(shè)置固

18、定支座后，應(yīng)充分考慮固定支座設(shè)置對抗震的不利影響，慎用墩梁固結(jié)方案，應(yīng)注重考慮各墩水平受力的平均分擔。 </p><p>　　3、柱式橋墩的合理設(shè)計 </p><p>　　柱式墩是橋梁設(shè)計中最為常見的結(jié)構(gòu)形式，日本阪神地震中顯示出大量圓形獨柱墩崩潰性破壞，汶川地震相關(guān)資料表明矩形墩要優(yōu)于圓形墩，抗震設(shè)計中應(yīng)首先盡量避免選用抗震性能差的圓形獨柱結(jié)構(gòu)，同時優(yōu)先選擇矩形截面形式。其次應(yīng)重視橋墩中

19、間的橫梁設(shè)置，橫梁剛度不宜過大，避免導(dǎo)致“強梁弱柱效應(yīng)”的出現(xiàn)，造成結(jié)構(gòu)的第一塑性鉸出現(xiàn)在墩柱之上，而不是橫梁上，致使結(jié)構(gòu)失效。 </p><p>　　結(jié)構(gòu)剛度的均衡是總的設(shè)計原則，一般指縱橋向相鄰高度不宜相差過大，同時注意當?shù)孛鏅M坡較陡時，橫橋向也會出現(xiàn)墩柱高度差異，條件容許時可以考慮進行開挖，以保證橫橋向墩柱剛度的均衡。 </p><p>　　另一個設(shè)計原則是能力保護原則，要使結(jié)構(gòu)體系

20、中延性構(gòu)件和能力保護構(gòu)件形成強度等級差異，確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件不發(fā)生脆性破壞，在延性細部構(gòu)造設(shè)計中應(yīng)保證墩柱縱筋和箍筋形成整體骨架，當混凝土縱向受壓、橫向膨脹時，箍筋給于縱筋的約束作用最為重要，而縱筋對約束混凝土墩柱的延性作用巨大，所以各國規(guī)范均提高了對縱筋的配筋率要求,下圖中可以明確顯示各國規(guī)范的對比情況四。該圖的對比結(jié)果表明，很多設(shè)計師所認為的規(guī)范安全富余度足夠的觀點是錯誤的，事實上由于考慮自身經(jīng)濟、技術(shù)、工業(yè)條件的制約，我國規(guī)范與歐美規(guī)范

21、在安全富余方面存在一定的差距，這就要求橋梁設(shè)計中應(yīng)根據(jù)具體情況進行相應(yīng)的提高。 </p><p>　　橋墩是支撐梁體的主要構(gòu)件，同時由于橋梁結(jié)構(gòu)“上剛下柔”的特點使得橋墩極易出現(xiàn)破壞，其破壞主要包括墩身剪斷、壓潰和開裂，應(yīng)根據(jù)抗剪計算來配置箍筋，選擇合理的箍筋間距，注意箍筋的搭接構(gòu)造細節(jié)。設(shè)防裂度7度及以上應(yīng)通過計算確定墩柱尺寸，保證塑性鉸區(qū)位于墩柱范圍內(nèi)，塑性鉸區(qū)鋼筋應(yīng)根據(jù)《公路橋梁抗震細則》進行加密，加密箍筋

22、可采用12mm～16mm帶肋鋼筋，但錨固于蓋梁、承臺部分的加密鋼筋采用螺旋箍筋欠妥，施工單位反映由于蓋梁中鋼筋原有鋼筋很多，螺旋筋布置十分困難，建議采用環(huán)形箍筋為宜。 </p><p><b>　　五、結(jié)束語 </b></p><p>　　總而言之，公路橋梁抗震設(shè)計一定要更加的科學(xué)和完善，在公路橋梁工程設(shè)計的過程中，要將抗震設(shè)計納入到公路橋梁設(shè)計的內(nèi)容中，并采用合理的

23、設(shè)計方法，提高工程抗震的效果。 </p><p><b>　　【參考文獻】 </b></p><p>　　[1]范立礎(chǔ),王君杰.橋梁抗震設(shè)計規(guī)范的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].地震工程與工程振動,2011 </p><p>　　[2]張力，橋梁延性與減隔震設(shè)計方法應(yīng)用研究[J].公路工程,2012 </p><p>　　[3]唐