摘要；随着交通事业的发展,公路桥梁建设逐渐成为了当前社会发展的重要部分,公路桥梁作为公路交通运输的一个重要组成部分,其设计的好坏不但关系到公路桥梁的安全、稳定运行,还会对国家的基拙设施建设造成重大影响。本文浅析现阶段公路桥梁设计及其抗震优化。
关键词：公路桥梁；设计；抗震设计
引言
我国位于环太平洋地震带与欧亚地震带两大世界地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分活跃。地震的发生严重危害了人们的生命财产安全，在后期救援工作中，公路运输起到了重要的作用。公路桥梁是公路工程的重要组成部分，也是公路交通网的重要节点。发生地震时，桥梁比较容易受到损坏，造成公路不畅通，严重阻碍了抗震救灾工作的进行，给国家和人们造成了严重的灾害和损失。
1公路桥梁设计的基本原则
1.1适用性的要求
对于公路桥梁适用性的要求主要包括:确保行人、行车的安全、行车舒畅;公路桥梁不仅可以符合当前需要,也可以满足未来的发展;对于那些跨越河流或者线路的桥梁,则不能妨碍河流的通航或者线路的正常交通等等。
1.2耐久性的要求
通常,公路桥梁在建造和使用过程中,不仅由于建造公路桥梁采用的材料性能会逐渐的退化,同时也会承受车辆、风、地震、超载以及人为因素等外来作用的影响,进而造成公路桥梁结构受到不同程度的损伤。因此,公路桥梁必须具有其耐久性,才能满足长期的使用要求。
1.3经济性的要求
在安全、适用、耐久性要求的前提下,经济性是影响公路桥梁设计的主要因素。在公路桥梁设计中,需要综合考虑各种设计方案的优缺点,细致的探词技术上的可行性以及经济上的合理性。
1.4安全性的要求
通常,公路桥梁的安全不仅包括公路桥梁上的行人与过往车辆的安全,同时也包括公路桥梁本身的安全。因此,在公路桥梁的设计工作中最基本的要求就是投人运用年限内,能承受各种自然情况和荷载作用,并保持一定的安全性。
2公路桥梁结构的震害以及原因分析
2.1桥梁上部结构的震害
结构的震害主要分为2种：移位震害和结构震害。移位震害是比较常见的。地震发生后，梁式桥会产生较大的移位，在有伸缩缝的位置会出现梁体横向移位、纵向移位和扭转。地震力会对桥梁的上部结构的各个节点造成损害，使梁体发生互相撞击，导致桥梁产生变形，通常表现为梁体隆起；当上部结构超过墩台的支撑面时，即梁体横向移位幅度过大，会出现落梁震害。主要原因是墩台的支撑宽度不够和限位构造不牢固，在外力的作用下，导致梁体与墩台产生相对移位，造成落梁。
2.2桥梁墩柱的震害
这类震害主要表现为:桥墩沉降、倾斜、移位,墩身开裂、剪断,钢筋裸露屈曲等等。其震害的主要特征是:塑性铰破坏和剪切破坏,通常柔性桥墩容易产生塑性铰破坏,主要出现在墩柱底部、顶部和墩柱与系梁连接处,在地震力的影响下容易导致塑性混凝土剥落、破碎,从而失去承载能力;而剪力破坏则主要表现在刚性桥墩上,由于桥墩的变形能力小,主要以刚性强度来抵抗地震力的影响,当地震力超出其承载范围时,就容易产生剪切破坏。
2.3桥梁附属工程的震害
桥梁附属工程的震害主要发生在桥梁的主梁和下部墩柱与桥台间的脆弱部位。受地震力的影响，若附属工程没有一定的限位承受力，会发生震害现象，主要表现为伸缩缝拉断、支座与主梁脱离等。
2.4地基基础的震害
这类震害通常是受到地震力的影响,地基很容易受到破坏,主要是指地震作用下因砂土液化、不均匀沉降及稳定性不够等因素导致的地层水平滑移、下沉、断裂,而地基的破坏一般都会导致基础的破坏,主要表现为基础的移位、倾斜、下沉、折断和塑性铰破坏。
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3公路桥梁抗震设计要点
3.1公路桥梁设计
公路桥梁设计要遵循耐久性、适用性、安全性和经济性的原则。在桥梁抗震设计中，要综合考虑多个设计要点，对桥梁的抗震结构和震力进行分析，合理设计桥梁，让桥梁结构满足强度、延性、经济等多个指标，加固桥梁结构的薄弱部位，减少震害的发生。
3.2延性抗震设计
桥梁的抗震设计,要对预期会出现的塑性铰部位进行配筋设计计算,对其进行加固和防护;同时为保证抗震安全性,对桥梁结构进行分析,直到通过抗震能力检测。考虑多数条件,多种墩高和场地及多种地震烈度的情况,在进行桥墩线弹性最大弯矩比和非线性位移延性比参数的变化规律分析是通过大量数据分析统计和计算得到的,根据随机地震反应理论和动力计算,总结出估算解决桥墩位移延性的方法,降低地震所造成的危害。
3.3桥梁的减震、隔震设计
桥梁的减震、隔震设计是提高桥梁抗震能力的有效手段，具有简单、先进、经济的特点。减隔震支座的设计装置使结构消耗的能量较小，也增加了结构的振型周期，降低地震时的震波频率，使桥梁结构受损程度降低，桥梁上部结构震后可复位，减少了经济损失。
4桥梁抗震优化措施
4.1桥梁上部架构抗震设计优化
落梁震害非常常见，实践证明加强桥梁上部架构的整体性，限制其移位，是提高桥梁上部结构抗震能力的有效措施。提高上部结构抗震能力的措施有：（1）在梁底部加焊钢板，或采用纵横约束装置限制梁的移位，如拉杆、钢筋混凝土挡块等；上下部结构链接多用锚栓，且锚栓要有足够的强度；（2）梁端至墩台帽或盖梁边缘距离以及挂梁与悬臂的搭接长度必须满足地震移位要求；（3）桥梁跨度较大时，要采用连续梁代替简支梁，以减少伸缩缝，且宜采用箱式截面等。总体来说，加强上部结构的整体性，是提高桥梁上部结构抗震能力的有效方式。
4.2桥梁下部结构抗震设计优化
随着科技的发展，公路桥梁墩柱形式更倾向于轻盈美观、经济实用。国内的桥墩的主要形式有圆柱形、花瓶墩形和方形等。针对桥墩抗震设计研究主要有2种设计理念：（1）塑形强化设计；（2）依靠减隔震体系进行耗能，采用减隔震支座，依靠支座变形耗散地震能量，下部结构按照弹性理论进行设计。经研究发现，在地震强度不同的区域采用不同的设计理念是较为经济合理的方式。高厚比较小的墩柱，在低度抗震设防烈度区域，建议采用刚性设计理念，即塑形强化；对于高度抗震区域，桥墩设计需要采用减隔震措施进行抗震耗能设计。对于高厚比较大的桥墩，建议直接采用延性设计理念。此外，桥梁支座的选择也非常重要，要根据实际情况、注意水平受力的分担，选择合适的支座类型。总体来说，抗震设计要遵循均衡的原则，结合上部结构，经济实用等具体情况，对墩柱、支座优化选择。
4.3引进新型桥梁的抗震设计方法
在以往的桥梁结构抗震设计中,我们主要采用提高结构强度和增强结构延性的方法来保障桥梁结构抗震能力。但是这种方法在实际应用中有一定的局限性,由于地震的影响力与桥梁的抗震能力都是未知的,因此,当地震发生时,桥梁依然受到了损害。所以,引进新型的桥梁抗震设计法势在必行。现阶段,在桥梁结构设计中我们开始采用型钢混凝土结构,这种型钢混凝土结构具有承载能力强、抗剪能力强、延性强的特点,因此,逐渐被广泛应用。
4.4用隔震支座和阻尼器相结合的系统
利用增加公路桥梁结构的柔性和阻尼来降低桥梁的地震反应带来的影响,是当前抗震设计中应用广泛的手段。隔震支座法能够有效的加强桥梁的抗震性能,同时增加对地震力的阻尼也能够有效的提升桥梁抗震性能,将二者结台起来,抗震性能会加倍。隔震支座和阻尼器可以在地震的作用下,加强桥墩的弹塑性变形从而耗散地震能量,从而有效的降低桥梁墩、台所受的水平地震力带来的影响,达到提高了桥梁结构的抗震性能的目的。
结语
桥梁的抗震设计是一项复杂的工程，应根据实际情况，开展抗震研究和分析，实现小震不坏、中震可修、大震不倒的分级设防标准，保证抗震安全度，降低抗震设防成本。
参考文献:
[1]徐旭东.公路桥梁设计与杭震措施的探讨[J]科技信息2015.
[2]陈虎.桥梁杭震概念设计[J].国外建材科技,2016(2).
论文作者:许桂生
论文发表刊物:《防护工程》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/29
标签：桥梁论文; 公路论文; 结构论文; 桥墩论文; 支座论文; 延性论文; 塑性论文; 《防护工程》2018年第19期论文;