同济大学上海200082
摘要:在中小跨径公路桥梁的建设中,抗震设计是重要环节,为提升桥梁的抗震能力,设计人员需要掌握抗震设计要点。基于此点,本文从中小跨径公路桥梁抗震设计的必要性分析入手,论述了中小跨径公路桥梁抗震设计要点。
关键词:中小跨径;公路桥梁;抗震设计
1中小跨径公路桥梁抗震设计的必要性
近年来,随着我国交通运输业的飞速发展,使得公路工程建设项目随之增多,桥梁作为公路的重要组成部分之一,对其进行高水平的设计显得尤为重要。然而,早期建设的一批桥梁在地震灾害中出现了不同程度的损坏。如,“5.12汶川大地震”,此次震害中,受损较为严重的桥梁约有27座,百花大桥和映秀镇顺河桥的桥墩在剪切破坏的作用下严重损坏,致使桥梁倒塌;南坝涪江新桥整体性垮塌;井田坝大桥南跨倒塌;古溪沟中桥挡块开裂,主梁出现纵横向位移,但并未倒塌。诸如此类情况仍有很多,限于篇幅不一一介绍。自汶川地震发生之后,国家对公路桥梁的抗震设计给予了高度重视,要求所有公路桥梁在建设时,必须对抗震设计予以充分考虑,并且要确保设计的合理性,从而减轻桥梁结构在地震灾害中的受损程度。由此可见,对中小跨径公路桥梁进行抗震设计十分必要。
2中小跨径公路桥梁抗震设计要点
2.1合理选择桥位
在中小跨径桥梁抗震设计中,桥位的选择至关重要,应当以工程地质勘察成果作为主要依据,按照地质构造的活动性、边坡结构的整体稳定性,对桥位进行综合评价,并对抗震有利地段加以充分利用。如果必须在抗震不利地段上进行桥位布设,则应对地基采取有效的抗震加固措施,以此来增强地基的抗震性能。需要特别注意的是,桥位应当绕过或避开抗震危险地段。
2.2明确不同桥型的抗震效果
在对中小跨径公路桥梁进行抗震设计的过程中,为提升桥梁结构的整体抗震性能,设计人员必须清楚各种桥型的抗震效果,并根据使用条件和适用范围对桥型加以合理确定。当公路桥梁处于跨越断层破碎带时,可优先考虑将桥型设计为简直桥梁,由于此类桥型的整体稳定性较高。所以,当地震灾害发生时,不会因桥梁结构整体被破坏,而造成倒塌的情况;当公路桥梁跨河布置时,若是两岸的地基基础条件较好,但边坡有地质灾害隐患时,则可将桥型设计为拱桥,这样能够增强桥梁结构抵御落石的能力。如果桥型为连续梁桥,在抗震设计时,应确保桥梁上部与下部结构之间的连接均匀性,由此能够使地震作用力均匀分布到各个桥墩上,防止单个桥墩承受的地震作用力过大,而出现剪切破坏。同时,在连续梁桥的抗震设计中,应采取合理的固定连接方式,通过增加纵筋和箍筋加密的方法,提高桥梁结构的抗震性能。
2.3墩柱的抗震设计要点
墩柱是中小跨径公路桥梁的下部结构,主要负责承受桥梁的上部荷载,并且也是地震作用下的关键抗力构件,墩柱的抗震设计是否合理,直接关系到整个桥梁结构的稳定性。因此,必须对墩柱的抗震设计予以高度重视。
2.3.1增强墩柱的刚度。①为最大限度地提升墩柱的抗震能力,桥梁设计人员可以结构体系作为立足点,增强同一联内墩柱的刚度,并确保所有墩柱的刚度达到抗震的要求。想要实现这一目标,设计人员应当对墩柱的延性加以充分利用,并结合现行桥梁抗震设计规范标准中给出的计算方法,对墩柱的配筋率进行计算,从而确保配筋的合理性。
②在具体的设计过程中,设计人员还应考虑箍筋对墩柱延性所产生的影响,根据现行规范的规定要求,对箍筋的配筋率、间距以及直径等进行合理确定。此外,应当对墩柱上端和下端2m范围内的箍筋进行加密设计,经过加密之后的最小体积含箍筋率应当不低于0.4%,而非加密区的体积配筋率应当不低于加密区箍筋体积配筋率的50%。
③在抗震设防烈度为7度的区域内,桥梁墩柱纵向钢筋的配筋率应当不低于0.6%,且不得超过4.0%;在抗震设防烈度为8度的区域内,桥墩纵向钢筋的配筋率应当不低于1.0%,且不得超过4.0%
2.3.2合理选择墩柱截面。相关研究结果表明,墩柱截面与抗震能力之间存在着极为密切的关联性,在墩柱高度、桥面宽度及跨径三个基本条件能够确定的情况下,如果选用大截面的墩柱,那么会导致纵向的配筋增加,与之相应的弯矩值也会随之增加,这样一来,基础构件的尺寸必将增大。若是选用小截面的墩柱,由于截面的承载力不足,可能会使抗弯强度受到一定的影响,由此必须通过增加截面配筋率来提高抗弯强度。所以,过大和过小的截面对于墩柱而言都不适合,想要确定出最佳的墩柱截面,必须结合工程实际情况,按照具体的计算方法,计算出最佳的墩柱截面,从而提高墩柱的抗震能力。
2.4桥梁梁体的抗震设计要点
2.4.1设置限位器。当中小跨径公路桥梁遭受地震灾害时,梁体在地震力的作用下,支座和挡块均会失效,失去支座与挡块约束的梁体则会发生大幅度位移,随着梁体位移量的不断增大,桥梁伸缩缝也会随之失效,这样一来,梁体便会从墩柱上滑落。因此,在对中小跨径公路桥梁进行抗震设计时,设计人员应当在桥梁的重要位置处设置滑落控制装置,以此来避免梁体在地震作用下整体滑落的情况发生。在具体设计时,可以采用限位器,该装置能够有效阻止梁体产生过大的位移。同时,适当增加梁体的支撑长度,确保台帽的搭接长度足够,也能达到一定的位移控制效果。
2.4.2采用连梁装置。设计人员可对工程所在的地质情况进行详细调查,如果发生过强烈的地震,或是存在可能发生较大烈度地震的情况,则应当在设计中采用可靠的连梁装置,以此作为防止梁体在地震作用下滑落的终极防线。在对连梁装置进行设置时,可将梁体、背墙和墩柱连接到一起,从而形成一个整体,这样能够使梁体的结构稳定性获得大幅度提升。
2.5减隔震设计要点
在对中小跨径公路桥梁进行抗震设计时,设计人员应当做好减隔震设计,借此来减轻桥梁结构在地震中的受损程度。在减隔震设计的过程中,应当以结构简单、力学性能明确的减隔震装置作为首选。同时,应确保所选的减隔震装置既可以减震耗能,还可以满足公路桥梁正常运营荷载的承载要求,具体要求如下:减隔震装置应当具有保持竖向荷载承载力的能力;要有较高的初始水平刚度,能够使桥梁结构在荷载的作用下不会出现过大的变形;要有良好的自复位能力,可在地震发生后,使桥梁的上部结构基本恢复到震前的位置;减隔震装置本身的性能必须可靠,并且要具有可更换性。如果中小跨径公路桥梁的墩高较高,则尽可能不要采用减隔震装置,而是应当采取局部隔震体系,具体做法是在一联连续梁桥中的中间墩柱上设置盆式支座,并在过渡墩上设置滑动支座,其余墩柱上设置隔震支座,从而使桥梁结构满足抗震要求。
结论:
综上所述,中小跨径公路桥梁的抗震设计是一项较为复杂且系统的工作,由于其中涵盖的内容较多,一旦某个环节或是细节出现问题,都可能对桥梁的整体抗震性能造成影响。为此,设计人员应当了解并掌握中小跨径公路桥梁抗震设计要点,并将之合理运用到实际工程当中,以此来提升桥梁结构的抗震能力,降低桥梁在地震灾害中的受损程度。
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