公路桥梁设计与抗震措施

周维建

摘 要：在科技经济的发展推动下，公路桥梁的设计与施工技术有了极大的进步，公路桥梁的设计结构也越来越复杂，在公路桥梁的设计、施工环节中，需要结合实际情况分析桥梁的设计要点，进而对桥梁的设计进行不断优化，确保施工以及运行的安全性，因此，需要加强对公路桥梁设计与施工中注意事项的重视与分析，进一步提高我国公路桥梁的建设发展水平。

关键词：桥梁工程;结构设计;抗震设计

中图分类号：U45 文献标识码：A

0 引言

如何使桥梁正常履行其工程职能，特别是其承受极端条件的能力，是桥梁设计者应考虑的最重要问题。地震是常见的自然灾害之一，对工程师来说也是不利条件。地震是突然发生的，其特征是强大的破坏力和广泛的破坏面积。没有目标设计，桥梁将无法承受灾难的破坏，并可能失去其使用能力。

1 意义

目前，我国的地质灾害频发，尤其是地震灾害影响的范围广、破坏性大，其中对公路桥梁的破坏尤为明显，因此在进行公路桥梁设计的过程中增加了隔震设计。在公路桥梁施工的过程中安装隔振器或者阻尼器，能有效地减少地震带来的损坏。近些年来，众多发达国家不断的进行研究和探索，完善隔震设计方案，并且取得了一定的成绩。隔震设计是抗震方式的新的发展形势，进行桥梁的抗震设计时通过在一定程度上减少地震引起的桥梁结构的振动，有效地避免桥梁结构的损伤，增强桥梁的抗震能力。在传统的桥梁的设计以及桥梁的施工过程中，通常情况下会提高桥梁的结构强度以及结构变形能力来增大桥梁的抗震效果。与之对比的是，桥梁的隔震设计的理论基础是在桥梁的设计中加入了柔性的装置进行设计，减少桥梁结构在水平方向运动的关联性，保证桥梁关键的结构件能够减少地震的损伤，降低桥梁结构的响应加速度，并且在進行隔震设计过程中添加阻尼设计，从而实现地震与桥梁结构的隔离，减少地震的传递能量，从而使得桥梁的整体结构的抗震能力大大增强。

2 桥梁地震破坏机理

通过对地震破坏桥梁的损伤识别分析的结果，可以看出，由侧向地震波引起的桥梁各部分之间的压缩和碰撞导致的破坏是桥梁地震破坏的重要原因。众所周知，桥由连接在一起的几个部分组成。当桥梁承受强大的侧向力时，诸如轴承和横向铰链之类的连接部件会导致横梁向侧面移动并与相邻横梁发生碰撞，从而损坏接头。桥面铺面被损坏，桥区因冲击而损坏，从而导致严重的光束下降和桥梁运输功能的丧失。另外，地震使下面的土壤松散，破坏了基础并失去了支撑功能。

3 桥梁结构震害分析

地震对桥梁结构的影响是巨大的，直接导致桥梁结构的破坏，进而影响桥梁的安全和质量。为了更好地进行桥梁结构的抗震设计和抗震设防，有必要了解桥梁结构的震害类型和原因。桥梁结构的地震破坏包括两种形式：桥梁结构振动和由场地相对位移引起的强迫变形。第一种形式主要由场地运动引起。在惯性力作用下，地震作用将施加到桥梁结构上，导致桥梁结构的振动。第二种形式主要为场地相对位移所引起，在场地位移下通过支点强制变形产生的超静定内力，进而导致桥梁结构变形。地震作用下，桥梁结构会受到不同程度的破坏，进而导致各种质量安全问题的发生。如桥墩开裂、倾斜，支座锚栓剪断，桥墩滑移、落梁倒塌等。由于地震对桥梁结构的破坏程度不同，所以震害的表现形式也有所不同，如地震发生后，导致桥梁产生位移，在位移过程中就会对桥梁上部结构的各个节点造成影响，由于节点承载力和角度发生变化，就会导致桥梁梁体相互撞击，出现桥梁整体隆起的表现。地震发生后，由于桥梁地基周围土质发生液化，所以也会导致桥梁发生位移，在位移影响下，很容易导致桥梁出现落梁的表现。除此之外，桥墩剪切破坏、支座破坏、桥墩弯曲破坏都是桥梁震害的常见表现形式。对此，为了最大程度降低桥梁震害的影响，就必须做好桥梁结构的抗震设计及设防措施。

4 抗震措施

4.1 隔震装置附属结构的设计要点

桥梁隔震装置的附属结构对于桥梁的整体抗震性能也有着重要的作用，通常情况下，附属结构主要包括防落梁装置、桥梁限位装置以及伸缩缝等，在进行大量的地震危害分析以及桥梁动力学分析之后，会发现这些附属结构对于桥梁整体结构的动力学响应结果以及隔震性能都有至关重要的影响。因此，在进行桥梁隔震设计时应该更加注重这些附属结构的细节性的设计要点，进行关键部位的动力学分析以及静力学分析，深入地进行研究附属结构的动力响应，进行相关方面的计算分析，掌握附属结构设计的原理，做到在设计附属结构时应该足够的重视，确保附属结构满足桥梁整体性能的要求，保证桥梁的质量。

4.2 延性地震系统

通过对结构破坏的观察，提出了延性抗震的概念。在实际的地震破坏中，已经观察到缺乏结构强度并不一定会对结构造成严重破坏，并且只要结构的初始强度不会因非弹性变形而劣化并且基本上保持初始强度，就不会破坏结构。既有桥梁的弹塑性消能部分可以安装在墩中，以达到地震系统的目的，并便于检查和维修墩的受损部分。典型的连续梁桥和简单的支撑梁桥是单柱墩，其消能部分位于墩底，而双柱墩则是墩顶、墩底和绑梁端。因此，墩柱和系梁被设计为柔性部件，在弹性内而不会损坏部件。通常延性地震系统适用于大比例墩和桥梁的地震设计。

4.3 做好桥梁连接件的设计工作，减小伸缩缝

过去，通过加强结构的强度和延性，进一步提高了桥梁结构的整体抗震能力。然而，这种方法也容易出现一些缺点，如受地震的影响。桥梁的抗震能力无法有效预测，因此当地震发生时，桥梁仍然受到很大的影响和损坏。因此，为了改善以往的不足，有必要引入一种新的桥梁结构抗震设计方法。在桥梁抗震结构设计期间，主要是应用了型钢混凝土的结构，此类结构，具有较好的应用优势，承载能力较强，具有较强的抗剪能力，且延性较强，所以此结构被广泛应用。需要注意的是，设计工作人员在公路桥梁设计期间，要注重上部结构与下部结构的抗震设计，确保上部结构和下部抗震结构设计的合理性，如就上部结构来说，为了有效控制桥梁的伸缩缝隙大小，要降低桥梁，避免出现桥梁分离而引发位移风险。此外，在设计期间应用先简支后连续的设计方法，利用连续的桥面来强化横向和纵向的联系。

4.4 加强对桥梁疲劳损伤的检查

公路桥梁的运营环境较为苛刻，易受到行车荷载、自然降雨、河水冲刷等因素的影响，且随时间的延长而出现受侵蚀的情况。另外，由于公路桥梁疲劳损伤的发生是一个持续性的过程，同时初期其影响相对微弱且不便于观察，因此该现象很容易逐步影响到周边结构。不仅如此，若在后期维护过程中才发现问题，此时的疲劳损伤将直接对全桥的使用状况带来影响，若缺乏及时的处理措施，则极易发生结构脆性断裂等问题，造成不可估量的损失。为有效规避桥梁疲劳损伤，必须在桥梁运营阶段做好定期检查，及时发现问题，同时对该现象要给予高度的重视，分析成因并正确处理，从而将不良影响范围降到最小，以进一步保证桥梁具有足够的安全性和耐久性。

4.5 粘滞阻尼器

粘滞阻尼器的应用对于降低地震所产生的震动影响有着非常重要的作用，目前很多的建筑设计人员都在全面地应用该技术来提升抗震性能，以满足人们对于桥梁稳定性的需要。在具体应用中，粘滞阻尼器所具备较多的优点，首先屈服力与摩擦力是常用值，在结構出现变形情况时，就能够将二者数值同步，进而可以避免出现变形而影响桥梁结构的性能，但是在具体应用中，如果阻尼器的参数为1时，就会导致桥墩出现严重的变形，而当阻尼器变为0时，阻尼器的阻尼力是最大的，桥墩也就不会出现较大的变形。由此可见，选择合适的粘滞阻尼器能够全面提升桥梁结构的稳定性和安全性。根据目前的桥梁结构形式，阻尼器通常都是布置在塔梁的中间结构位置上。

4.6 桥梁结构各构件抗震设计

桥梁结构的抗震设计具有一定的复杂性和技术性，需要根据桥梁不同部分进行针对性的抗震设计，以此来提高抗震设计的有效性。以桥梁上部结构抗震设计为例，就需要根据结构形式、跨径大小进行设计，如桥梁跨径较大，则需要在设计方面选择整体性较好的截面，以此来提高桥梁上部结构的抗震性能。如要进一步增加桥梁上部结构的抗震能力，可以增加上部结构的整体性，以此来限制上部结构在发生地震时的位移。如桥梁建设过程中采取的为多跨简支梁，则需要在抗震设计中增强梁与梁之间的纵横关系，保证桥面的连续性。就桥梁下部结构抗震设计为例，则需要选择土质偏硬、稳定的区域作为桥梁地基，为保证下部桥台结构的稳定性，可以选择U型结构或T型结构进行设计，在具体施工中则可以使用重力式桥台进行施工。连接件是桥梁结构中尤为重要的组成部分，在抗震设计过程中，需要重视对连接件，如伸缩缝、支座的抗震设计，如尽可能减少伸缩缝数量，提高伸缩缝变形能力，在桥墩上布置弹性支座等，以此来提高桥梁的抗震性能。

5 结束语

总而言之，随着经济建设的进一步发展，我国公路桥梁的运行负担正在日益加重。在这样的背景下，需要公路桥梁工程建设具有更高的质量保证。公路桥梁结构设计中选择使用隔震设计方案可以全面提升桥梁的抗震性能，从而实现安全性与稳定性的提升，从上文中可以看出，选择不通过结构形式的支座所产生的效果也是不同的，在具体的设计过程中，要结合工程的实际情况来选择合理的结构设计方案，从而可以保证公路桥梁具备较强的抗震性能，满足人们的使用需要。

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