公路橋梁抗震設計細則分析

1、<p>　　公路橋梁抗震設計細則分析</p><p>　　【摘要】本文主要分析了公路橋梁抗震設計的一些關鍵性問題，具體論述了公路橋梁抗震設計的一些細則，以期可以通過分析為我國的公路橋梁抗震設計提供有意義的參考。 </p><p>　　【關鍵詞】公路橋梁；抗震設計；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，必須要在抗震設計方面予以關注和重視，抗震性能已經成為了評定公路橋梁工程質量的一個重要的因素，因此，必須要分析公路橋梁抗震設計細則。 </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)國內外歷次大地震的調查研究，公路橋梁的地震破壞主要形式總結歸納如下：1

3、、橋梁上部結構受水平力作用滑落(汶川百花大橋落梁)；2、橋墩塑性鉸的抗彎、抗剪強度不足，導致橋墩破壞(日本阪神大量墩柱破壞)； </p><p>　　3、橋墩、樁基礎鋼筋的連接及錨固性能不足，導致橋墩破壞(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)橋梁抗震設計首先應是抗震構造措施，根據(jù)汶川地震相關調查表明

4、干線公路橋梁由于采用了合理的抗震構造措施，結構安全富裕較多，震后其破壞遠小于地方道路橋梁?？拐饦嬙齑胧┦窃诳偨Y橋梁震害經驗的基礎上提出的設計原則，事實表明抗震構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，主要可分為上部結構震害、附屬工程震害、墩柱震害、基礎震害四種。 </p><p><b>

5、　　1、上部結構震害 </b></p><p>　　橋梁上部結構震害按照產生的原因不同，可以分為結構震害和位移震害。其中較常見的是位移震害。 </p><p>　　橋梁位移震害主要表現(xiàn)為上部結構的縱向位移、橫向位移以及扭轉。一般來說，設置伸縮縫的地方比較容易發(fā)生位移震害。如果上部結構的位移超過了墩、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、、基礎震害 </b></p><p>　　基礎的破壞與地基的破壞緊密相關，地基破壞一般都會導致基礎的破壞。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)定性不夠等因素導致的地層水平滑移、下沉、斷裂?；A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、《公路橋梁抗震設計細則》難點、重點 </p><p><b&g

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

10、t;/p><p><b>　　3、延性抗震設計 </b></p><p>　　允許橋梁結構發(fā)生塑性變形，不僅用構件的強度作為衡量結構性能的指標，同時要校核構件的延性能力是否滿足要求。鋼筋混凝土墩柱橋梁，抗震設計時，墩柱宜作為延性構件設計。橋梁基礎、蓋梁、梁體和結點宜作為能力保護構件。墩柱的抗剪強度宜按能力保護原則設計。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、設計技術 </p><p>　　從總體上看，原《公路工程抗震設計規(guī)范》（JTJ004-2010）的抗震設防分類和設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。設防標準基本維持和原規(guī)范相當?shù)乃?。但本細則在抗震設計方法上有大的改變，采用兩水平設防，兩階段設計。第一階段采用彈性抗震設計；第二階段采用延性抗震設計方法，并引入能力保護設計原則。通過第一階段的抗震設計，即對應E1地震作用的抗震設計，可達到和原規(guī)范基本相當?shù)目拐鹪O防水平。通過第二階段的抗震設計，即對應E2地震作用的抗震設計，來保證結構具有足夠的延性能力，通過驗

13、算，確保結構的延性能力大于延性需求。通過引入能力保護設計原則，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。通過抗震構造措施設計，確保結構具有足夠的位移能力。 </p><p>　　四、橋梁設計與抗震措施 </p><p>　　1、防止落梁的措施 </p><p>　　《公路橋梁抗震設計細則》指出上部結構主梁的支承長度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計規(guī)范，多數(shù)設計者認為規(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”時應在規(guī)范基礎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

15、計中應注意“長橋高墩”,特別是設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，還需要設置主粱限位裝置。根據(jù)國外規(guī)范以及《抗震設計細則》精神，同時應設置縱向防落梁構造，同時應注意限位裝置不得有礙于防落梁構造的發(fā)揮。 </p><p>　　根據(jù)汶川地震后的調查表明橫橋向抗震擋塊的破壞非常普遍，2010年玉樹震區(qū)橋梁調查也存在同樣問題，說明當前擋塊設計存在薄弱的問題，主要表現(xiàn)為構造尺寸偏小，主筋配筋偏少，擋

16、塊內側缺少減震橡膠塊，特別是在斜彎橋設計中應比直線橋具備更多的考慮。擋塊內側不儀應設置橡膠塊，還應考慮留有不小于5cm的縫隙，多數(shù)橋梁設計將橋墩擋塊設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)應選擇減震型橡膠支座。 </p><p>　　作為支座的布置是否合理至關重要，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，導致全聯(lián)上部結構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)梁橋在設置固

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

19、間的橫梁設置，橫梁剛度不宜過大，避免導致“強梁弱柱效應”的出現(xiàn)，造成結構的第一塑性鉸出現(xiàn)在墩柱之上，而不是橫梁上，致使結構失效。 </p><p>　　結構剛度的均衡是總的設計原則，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>　　另一個設計原則是能力保護原則，要使結構體系

20、中延性構件和能力保護構件形成強度等級差異，確保結構構件不發(fā)生脆性破壞，在延性細部構造設計中應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。該圖的對比結果表明，很多設計師所認為的規(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濟、技術、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，這就要求橋梁設計中應根據(jù)具體情況進行相應的提高。 </p><p>　　橋墩是支撐梁體的主要構件，同時由于橋梁結構“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，注意箍筋的搭接構造細節(jié)。設防裂度7度及以上應通過計算確定墩柱尺寸，保證塑性鉸區(qū)位于墩柱范圍內，塑性鉸區(qū)鋼筋應根據(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、結束語 </b></p><p>　　總而言之，公路橋梁抗震設計一定要更加的科學和完善，在公路橋梁工程設計的過程中，要將抗震設計納入到公路橋梁設計的內容中，并采用合理的

23、設計方法，提高工程抗震的效果。 </p><p><b>　　【參考文獻】 </b></p><p>　　[1]范立礎,王君杰.橋梁抗震設計規(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計方法應用研究[J].公路工程,2012 </p><p>　　[3]唐