中小跨径公路桥梁抗震设计要点之研究

中小跨径公路桥梁抗震设计要点之研究

王泽罡

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。

参考文献：

[1]白瑾.公路桥梁设计与抗震措施分析[J].山西建筑，2018（11）：121-122.

[2]郭皆.焕中国公路桥梁抗震设计中存在的问题及改进建议[J].城市建设理论研究（电子版），2018（6）：76-77.

[3]许睦军.常规桥梁抗震计算及延性设计分析[J].四川建材，2018（6）：69-70.

[4]赵雪萍.现阶段公路桥梁设计及其抗震优化研究[J].工程建设与设计，2018（1）：23-24.

[5]孙印，刘明军.公路桥梁及城市桥梁抗震重要性系数与地震重现期[J].价值工程，2017（9）：87-88.