路桥抗震设计及防震措施分析
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摘要:本文分析了公路桥梁震害产生的原因和桥梁抗震的设计原则,介绍了细部设计对公路桥梁抗震性能影响,并对伸缩缝、橡胶支座等重点环节的防震措施给予了详细的说明。
中图分类号: TU973+.31文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
作为交通基础设施的重要组成部分,公路桥梁在促进社会经济、文化的交流和发展方面具有着不可替代的作用,但其在设计、施工、管理等环节也面临诸多考验。为尽可能避免地震给公路桥梁造成的损害,保障人民生命财产安全,桥梁设计师应重视对桥梁抗震性能的研究,不断总结经验,完善桥梁设计细节,使设计方案在经济、合理的基础上,满足抗震防灾的建设目标,更好地为我国的基础建设事业服务。
1 震害原因分析及其对公路桥梁的损害
地震对公路桥梁造成的损害首先源于地震位移,位移使拱式结构桥梁的腹拱和拱上建筑遭到破坏,拱圈易在顶脚处产生裂缝或变形隆起;对梁式桥梁结构而言,地震位移常造成其因上部节点处盖梁宽度不足而导致的落梁及梁间碰撞,而地震对地基土产生的液化作用常使位移增加,使落梁风险进一步加剧,软弱地基处也可能随着地基液化发生桥体倾斜、下沉等严重质量破坏。当桥梁支座在形式、材料上具有设计缺陷,或连接与支挡措施设计不足时,则可能发生支座位移变形过大的现象,导致其锚固螺栓剪断、脱出及支座自身的结构损毁,并将结构力传导至其他位置使震害影响更加广泛。当支座传递的主梁地震力和自身惯性力超过桥体下部的承载能力时,下部结构即会出现变形和断裂、失效,最终引起全桥的严重破坏甚至倾覆。中、大跨度桥梁在地震时常出现河岸滑移的现象,使桥台移向河心,缩短了全桥长度,造成严重的后果。此外,桥台台后填土位移造成其倾斜或沉降,也会使扭矩超过桥墩台的负荷能力而引起破坏。总之,地震对公路桥梁的影响因素非常复杂,如不在桥梁的设计阶段,对其细部进行完善的抗震设计,或在设计中发生连接不当,未满足规范要求等问题,都可能使桥梁在灾害面前欠缺应有的稳定性,而一旦发生损毁事故,往往会带来重大的人员伤亡和财产损失。因此,设计师必须谨慎对待桥梁细部结构,从各个环节全面提高其抗震性能,实现桥梁工程的使用价值和社会效益。
2 公路桥梁的抗震设计原则
根据建设使用环境的不同,公路桥梁抗震设计的重点也存在着差异。但抗震设计的基本原则都是一致的,即在经济成本及施工能力允许的范围内,尽可能实现桥梁结构在刚性、延性和强度等性能上的最优化组合。对公路桥梁而言,刚性对结构的变形控制具有重要作用,延性能抑制桥梁的脆性破坏,强度则是对抗地震振动能量的重要途径。要做到这一点,首先要设计师全面掌握对结构震害有重要影响的各种因素,从场地的选择开始,避免软弱基质给桥梁带来的风险。其次,应注重提高桥梁的整体性和细部抗震能力,要求结构布置尺寸规则、刚度均匀,并提高桥体结构与附属构件的刚性、延性等抗震性能参数参数。此外,还应尽量使桥梁成为具有多道抵抗地震侧向力的体系,在强地震动过程中,一道防线破坏后尚有第二、三道防线可以支撑结构,避免其倒塌。
3 细部设计对公路桥梁抗震性能的影响
3.1 细部结构设计
目前的桥梁设计往往过于重视桥梁整体强度而忽视了附属结构等细部对抗震性能的影响,而很多桥梁震害的调查分析都显示,细部构造恰恰决定了其结构动力响应与隔震、抗震效果。附属结构对震害响应的计算方法较为复杂,也是其设计时无法满足抗震要求的原因之一,因此更需要设计师加强对其计算分析的特别重视。以伸缩缝及支座等连接构件为例,其在往次震害中的破坏均较为严重和普遍,因此应将这些抗震薄弱环节作为设计重点。如选用伸缩缝时,应使其变形能力满足预计地震产生的位移,并使伸缩缝支承面有足够的宽度,同时设置限位器与剪力键。当1个宽行车道分开为2个较窄行车道时,为避免在岔道连接处产生很大的内力,可在分岔处设置一道伸缩缝来解决。而橡胶支座对振动具有一定的抵消作用,为降低梁体与桥台、桥墩连接处的水平震动,应在此类关键位置设计隔震支座。活动的聚四氟乙烯支座、叠层橡胶支座、铅芯橡胶支座等都可起到减隔震作用,因此可在梁体与墩、台的连接处增加结隔震支座,使结构梁体通过支座与墩、台相联结,以其产生的柔性和阻尼减小桥梁的地震反应;实践表明,减隔震支座的安装能有效减小桥体墩台所受的水平地震力,并具有成本经济、耐久性好等优点。
设计师还应结合桥梁整体结构的动力特性进行各种抗震设计,并在必要处安装减震装置以增强桥梁的性能。具体做法包括:有条件的桥梁可以连续梁跨代替简支形式,减少对胀缝的需要,从而降低地震时桥跨分离的潜在可能。桥墩上各简支跨的跨间连接与桥台,需提供足够的加固宽度以防主梁产生位移。对桥梁支座的设计,可在扩大的支座面上安装适当的挡块来限制过量的运动,如采用制动器、加宽支座或安装防止落梁的装置,或使用锚拴来传递支座上的水平力和向上的竖向力。使用螺旋钢筋及横向系梁为墩柱提供足够的约束。在处理好墩柱与盖梁施工缝的基础上,不要将墩柱的纵向钢筋搭接或锚固在墩柱与盖梁连接处的塑性铰区域内,以增强柱与盖梁结点处的延性。设计可抵抗墩柱弯矩与剪切力的基脚,基脚处不允许有塑性铰结。可使用具有正弯矩桥头搭板来连接桥台,减少台后填土的沉陷。
3.2 施工工艺的细节设计
对施工细节的忽略也是造成桥梁抗震性能不理想的重要原因之一,因此应在设计中予以重点规范,以引起施工方、监理方及业主的充分重视,确保设计目标的实现。以建设材料控制为例,应对混凝土强度等级、最大氯离子含量、最小水泥用量、水灰比等做严格规定,并根据不同环境制定出具体的量化标准,为施工提供指导。此外还应对振捣、浇筑、养护等重点工艺环节提出限制,确保桥梁施工的工程质量。
4 高烈度震区桥梁抗震措施
4.1 采用钢筋拉杆:对于桥面不连续的梁桥,在梁与梁之间、梁与桥台之间采用钢筋拉杆连接,防止纵向落梁。
4.2 设置防震挡块:为了防止纵向、横向落梁,在桥墩上设置防震挡块。
4.3 采用防震锚栓:一些桥梁采用了防震锚栓,在常时荷载作用下梁体可以在预留的空间内伸缩变形,自由滑动;在地震荷载作用下,防震锚栓可起到限位耗能的作用,减耗部分地震能量。
4.4 采用抗震垫块:为了缓冲梁体之间、梁与防震螺栓、梁与防震挡块、梁与桥台胸墙之间的撞击,在接触面上包裹氯丁橡胶缓冲层。
4.5 保证简支梁的梁端距离墩帽、台帽或盖梁边缘有足够的距离,防止地震引起的落梁。
4.6 采用特殊支座：当梁桥位于8度地震区时,支座多采用辊轴支座并采用限位措施；9度地震区的梁桥支座采用竖向限位措施，也可采用了抗震型盆式橡胶支座。
4.7 地基失效是桥梁基础产生震害的主要原因。当不可避免要在地基土较差的桥位处建桥时,则尽可能采用深基础,并在桩的上部,离地面1～3 m的范围内加强钢筋布设。在构造上,要加强基础的整体性和刚度,同时采取减轻上部荷载等相应措施。
参考文献：
[1] 徐一卓,马蒿 .公路桥梁震害分析及抗震加固方法[J].山西建筑,2010(4).
[2] 邱树才.桥梁安全性、耐久性差的主要原因及改进措施[J].中国新技术新产品,2009(11).
[3] 李悦,宋波,川岛一彦.考虑土、上部结构和桥台相互作用的桥台抗震性能研究[J].岩石力学与工程学报,2009(6).
[4] 黄福伟,许晓锋,郑万山.桥梁抗震加固技术现状及发展趋势[J].公路交通技术,2010(5).