市政桥梁抗震设计探究

摘 要：桥梁工程作为交通运输的咽喉纽带,在我国基础建设中的作用巨大.然而我国是相对多震国家,市政桥梁的抗震设计尤显重要.本文阐述了我国市政桥梁抗震相关情况,分析了桥梁震害相关原因,基于设计因素,探讨了市政桥梁抗震可行性设计策略.

关 键 词：市政桥梁；抗震；设计；震害

地震历来都是严重危害人类社会的自然灾害.如果震区的交通线遭到破坏,就会给救灾工作造成巨大困难,并且影响灾后的回复工作,加重次生灾害,导致更加巨大的损失.作为交通线中的关键环节,桥梁结构的抗震性能就成为人们特别关心的问题.

1市政桥梁抗震分析

要想建立正确的抗震设计方法、采取有效抗震措施,对公路桥梁震害及其产生的原因的调查和分析是必不可少的.从世界各国的地震震例统计资料看,公路桥梁的震害现象主要有以下几种：1）对梁式桥梁地震位移造成上部活动节点处因盖梁宽度设置不足导致落梁或梁体相互磁撞引起的破坏,而对拱式结构则主要表现在拱上建筑和腹拱的破坏,拱圈在拱顶、拱脚产生的破损裂缝,甚至整个隆起变形；2）由于地震造成的地基土液化,加大了地面位移从而加剧了结构反应,大大增大了落梁的可能性；3）对支座的抗震要求考虑不足造成支座发生过大的位移和变形从而造成支座本身构造上的破坏等,进而对结构的其他部位产生不利的影响；4）桥梁下部结构抗力不足导致的地震时下部开裂、变形和失效,进而对全桥的不利影响；5）地震时使得在松软地基上的桥梁在发生河岸滑移导致全桥长度的缩短而造成的比较严重的震害.以下分析落梁、墩柱、节点和桥台破坏以及基础破坏、桩身破坏三者原因.

1）落梁

落梁的原因一般是因为支承连接部件失败：固定支座强度不足、活动支座位移量不够、橡胶支座梁底与支座底发生滑动,在地震力作用下支座破坏,致使梁体发生位移导致落梁.墩台支承宽度不满足防震要求,防落梁措施设不合理,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.伸缩缝、挡块强度不足,在地震力作用下伸缩缝碰撞破坏挤压破坏、挡块剪切破坏,都起不到应有作用,导致落梁.

2）墩柱、节点及桥台破坏

此类破坏多发生在墩柱塑性铰处、墩柱与盖梁连接处,墩柱与系梁连接处,地震力作用下桥墩纵向受力筋被剪断,直接导致桥梁的倾覆.

3）基础破坏、桩身破坏

其原因是桥位通过地震断裂破碎带,地震力作用下基础出现移位、沉降；桥位位于液化砂土地质中,基础出现不均匀沉降.

2市政桥梁抗震设计策略

2.1市政桥梁抗震设计总体原则

从抗震角度出发,合理的结构体系应符合下列各项要求.1）具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；2）具有合理的刚度和承载力分布,避免因局部削弱或突变而成为薄弱部位；3）具备必要的承载力、良好的变形能力和耗能能力.从以上概念出发,理想的桥梁结构体系布置应是：从几何线形上看,桥梁是直的,各墩高度相差不大.因为弯桥或斜桥使地震反应复杂化,而墩高不等则导致桥墩刚度变化,使抗侧力桥墩中刚度较大的最先破坏.

从结构布局上看,桥梁尽量保持小跨径,使桥墩承受的轴压水平较低,从而获得更好的延性；弹性支座布置在多个桥墩上,把地震力分散到更多的桥墩；各个桥墩的强度和刚度在各个方向都相同；基础是建造在坚硬的场地上.虽然由于各种限制条件,理想的抗震体系实践中很难达到,但在设计之初,仍应考虑使桥梁结构尽可能地满足上述要求.

2.2节点抗震设计

节点是连接桥墩和盖梁的传力构件,是保证整个结构良好工作的关键部位,属于能力保护构件.因此,对其强度和刚度要求都较高.在桥梁结构中,如果桥墩和盖梁刚度比较接近,则在地震作用下,结构受到侧向赓性力作用,节点核心区箍筋受力很大,容易出现节点刚度退化.一方面会导致节点核心区混凝土剪切破坏；另一方面又会导致桥墩内力重分布,墩底截面弯矩加大,更快达到屈服状态,降低桥梁结构横桥向整体的抗震能力.而在盖梁和桥墩抗弯刚度相差较大时,在地震横桥向作用下,墩底和墩顶部位的塑性铰更容易形成,节点部位相对更加安全,符合能力抗震设计思想.当节点部位出现刚度软化以后,对墩顶截面的约束减弱,从而导致墩顶截面弯矩减小.在桥梁结构中,节点构造形式与房屋框架结构中的节点相差较大,而且桥梁结构在横向地震作用下主要依靠墩柱的延性发生变形,而不是依靠盖梁的延性,因而不能套用房屋框架结构节点抗震设计.但是毫无疑问的是,桥梁节点部位属于能力保护构件,在地震作用下需要保持较高的强度和刚度.

2.3整体优化设计

从结构上来说,要清楚哪些结构有利于抗震,哪些结构抗震不利,其中包括桥型、上部结构、下部结构、墩台、基础的处理等等.构造细节措施则包括一些基本的抗震措施,比如支座的选择、挡块的设置等等,还包括构件细节的构造措施、比如墩的箍筋配置、节点配筋构造.在确定路线的总体走向和主要控制点时,应尽量避开基本烈度较高的地区和震害危险性较大的地段.对于地震区的桥型选择,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,加强地基的调整和处理,以减小地基变形和防止地基失效.

3结论

随着我国某些地区地震频繁发生,对于市政桥梁而言,其抗震性能的好坏势必会对人民生命财产造成重大影响.首先必须从设计角度出发,充分考虑震害相关原因,在结构上增加其抗震效果,同时必须因地制宜,采用适合当地标准来进行桥梁设计,相信我国桥梁的抗震性能一定能步入新的台阶.