四川公路桥梁建设集团有限公司勘察设计分公司 四川 成都 610041
摘要：本文以西昌市过境公路一期工程（北环路）设计为背景，结合西昌市过境公路一期工程（北环路）的特点；介绍城区高架桥梁设计中桥梁桥型选择，高烈度地震区域桥梁抗震设计。探讨高烈度地震区域城区高架桥梁与相关因素协调设计。
关键词：城区桥梁；高烈度地震区域；抗震设计；减隔震
一、工程概述
西昌市过境公路一期工程（北环路）位于西昌市市区，建成后将极大缓解过境交通进城穿城压力，提高国省干道和地方道路通行服务能力，改善西昌市交通拥堵状况。项目位于川西高原地区，总体地势平缓开阔。主要跨越的河流为：东河、西河、官坝河等。项目路线全长15.016km，采用双向6车道，路基宽度50米，设计时速60公里。
二、城市高架桥、跨线桥的桥型选择
1、常规桥梁上部结构比选
为了减少侵占城市土地，预留发展通道，全线桥梁所占比重较大，结合本项目位于城区、城郊的项目特点，选择合理的桥型结构对提升桥梁整体美观效果，提高工程施工进度和质量，降低工程造价有着重要的影响。由大量的工程实践统计可知，跨径在20m~40m范围内的中小型跨径装配式梁（板）结构是最具代表性的桥型结构，相比其他桥型结构也是最为经济合理的。目前装配式的桥梁结构主要有8m~50m的预应力混凝土装配式T梁、小箱梁、空心板梁等。由于预应力混凝土装配式T梁结构高度大，结构外形不够美观，一般在城市桥梁中很少采用；而13m、16m跨径的装配式结构，下部桥墩设置较多，不利于城市的发展，故本项目选取目前城市桥梁中常见的几种标准跨径（20、25、30m）进行上部结构的比较，如表1所示。
空心板梁和小箱梁两种结构比较而言，小箱梁的经济指标要略好于空心板梁。对于30m跨径小箱梁而言，箱梁的吊装重量明显增大，其经济指标也较差；相对而言 25m跨径小箱梁，经济指标更优，建筑高度相对较低，结构整体性强，景观效果更优，并考虑利于城市发展，因此本项目常规桥梁上部结构选用25m跨径预应力混凝土装配式小箱梁。
2、跨线桥上部结构比选
跨越城市道路、规划道路及其他构造物时，根据所跨构造物的净空尺寸，尽量采用标准跨径进行跨越，若条件受限，则合理选用变截面连续梁或等截面连续梁。从大量已建城市桥梁的建设经验来看，现浇连续箱梁结构是最常用、最成熟的结构型式。它具有跨度适应所跨道路宽度变化的能力强，在布跨控制点多的情况下桥跨选择灵活，桥梁造型相对美观的优点。
经综合分析本项目所跨城市道路、城市规划道路宽度，在满足桥梁跨越要求的前提下，同时考虑桥梁造型的相对美观，符合城市景观效果要求，本项目跨线桥上部结构选用25m标准跨径预应力砼简支小箱梁结构，(22+31+22)m等截面预应力砼连续箱梁结构，(38+60+38) m变截面预应力砼连续箱梁结构。
三、高烈度地震区域桥梁抗震设计体会
根据《中国地震动参数区划图》(GB18306—2015)，本项目地震基本烈度为Ⅸ度，地震动峰值加速度为0.40g，反应谱特征周期为0.45s。且本项目桥梁比例高，高架桥较多，如何在设计中采用相关防震措施，保证桥梁的施工、运营安全，是本项目的一个重要难题。
1、高烈度地震区域桥梁抗震设计理念
目前，多级设防的抗震设计思想已被广泛接受。规范规定的抗震设防标准是行业最低设防标准，对于具体工程采用的抗震设防标准，应在满足规范的前提下合理选择确定。确定桥梁的抗震设防标准时，既要使震前用于抗震设防的经济投入不超过建设单位的经济能力，又要使地震中经过抗震设计的桥梁破坏程度限制在建设单位可以承受的范围内。换言之，需要在经济与安全之间进行合理平衡，这是桥梁抗震设防的合理安全度原则。
基于桥梁抗震设防的合理安全度原则，在确定桥梁工程的抗震设防标准时，主要考虑以下三方面因素：
（1）桥梁的重要性；
（2）地震破坏后，桥梁结构功能丧失可能引起次生灾害的损失；
（3）建设单位所能承担抗震防灾的最大经济能力。
本项目桥梁跨径均不大，最大跨径为主跨60m的现浇连续箱梁，但是桥梁所在道路等级较高，因此按照《公路桥梁抗震设计细则》中的B类桥确定抗震设防标准，如表3所示。
传统的延性抗震理念需要结构在强震作用下出现局部破坏，形成塑性铰进行耗能，并且延长结构周期，降低结构地震响应，从而实现“中震可修、大震不倒”的设计目标。但延性抗震需要牺牲部分构件（主要是桥墩）的抗弯承载力，强震后需要进行塑性铰区的修复工作。且由于桥墩墩高不一，需要对不同高度的桥墩采用不同的配筋方式才能达到能力保护构件（桥墩抗剪、桩基抗弯、抗剪等）不发生破坏，对施工要求较高，不利于提高施工效率。故现在对于高烈度地区的桥梁结构，越来越倾向于采用减隔震设计。
本项目处于高烈度区，抗震设防烈度达到Ⅸ度，若用延性抗震策略，在中、强震作用下将出现较大规模的墩柱破坏，且能力保护构件的思想也较难得到贯彻。因此本项目采用减隔震设计。表2为采用减隔震设计策略的抗震设防标准。对于采用减隔震设计的桥梁结构，滞回耗能变形仅集中在减隔震装置上，全桥结构均在弹性范围内工作，仅需进行E2地震下的减隔震装置的变形计算，以及桥墩、桩基的强度验算。
2、高烈度地震区域桥梁减隔震体系设计
结合本项目的具体情况，建立结构合理空间动力计算模型，分析了结构动力特性，进行了减隔震体系研究，提出了合理的减隔震体系：
（1）简支梁桥支座选用高阻尼隔震板式橡胶支座；现浇连续梁桥选用拉索盆式支座；
（2）梁底设置横向挡块，对梁底整体横向位移进行约束；
（3）桥台处的防震挡块尺寸加大；
（4）横桥向在梁底挡块与墩身之间设置减震橡胶垫，以吸收地震水平力，降低地震力对挡块的破坏；
（5）纵桥向在梁与梁之间、梁与墩台之间设置弹性垫块缓冲设施，橡胶块尺寸为300×300×30mm；
（6）桥梁墩台盖梁设置纵向槽钢挡块，防止纵向落梁；
（7）加强结构抗剪设计、增强节点构造配筋、加强结构抗剪箍筋设置，以增强结构的抗震能力。
四、结束语
本文通过对西昌市过境公路一期工程（北环路）设计的探讨，以粗浅的角度分析了高烈度地震区域城区公路桥梁设计；对于同类桥梁的设计，还有很多方面值得我们更深一步的思考和研究，以便在今后的工作中更科学、经济、可靠地进行高烈度地震区域城区公路桥梁设计。以上为笔者的有限认识和理解，不妥之处，敬请指正。
参考文献
[1]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）
[2]《公路工程抗震规范》JTG B02-2013
[3]《公路桥梁抗震设计细则》JTG/T B02-01-2008
[4]姜友生.《桥梁总体设计》[M].北京：人民交通出版社，2012.
[5]范立础.《桥梁抗震》[M].上海：同济大学出版社，1997.
论文作者:黄亚磊
论文发表刊物:《防护工程》2017年第29期
论文发表时间:2018/2/9
标签：桥梁论文; 结构论文; 烈度论文; 西昌市论文; 项目论文; 预应力论文; 桥墩论文; 《防护工程》2017年第29期论文;