摘要：当高速公路桥梁受到地震破坏时，会导致震区生命财产和经济损失严重。本文以揭惠高速公路中最典型的莲溪大桥抗震分析为例，采用Midas/Civil 2006软件进行结构分析，得出计算结论，并提出抗震措施，以指导揭惠高速公路桥梁设计。
关键词：高速公路；桥梁抗震；计算结论；抗震措施；桥梁设计
Seismic study on Bridge of Jie Hui expressway
Gu Chang-qing
（Guangdong Province Communications Planning & Design Institute Co.，LTD）
Abstract：When the highway bridge is damaged by the earthquake，it will lead to serious damage to life and economic.This paper take the most typicalest LianXI Bridge of Jie Hui expressway as an example，Using Midas/Civil 2006 software for structural analysis，giving the conclusion，and put forward anti-seismic measure，Guiding Bridge design of Jie Hui expressway.
Keywords：highway；bridge seismic；conclusion；anti-seismic measure；bridge design
概述
桥梁是交通运输的枢纽，当桥梁工程遭到严重地震破坏，切断了震区交通生命线工程，造成救灾工作的巨大困难，使次生灾害加重，而一旦地震使交通线遭到破坏，可能导致的生命财产以及间接经济损失也将会越来越大[1]。因此，对桥梁结构进行抗震分析意义重大。
揭惠高速位于粤东山区，是纵贯揭阳、汕头两市南北走向的重要通道，地形地质条件较为复杂，项目大部分所处位置地震烈度高达8度，对设计工作而言，又是一个比较大的挑战。本文选取项目最具代表性桥梁（莲溪大桥）进行抗震分析，以指导揭惠高速桥梁抗震设计。
1抗震设防标准
1.1场地地震动参数
根据《广东省揭阳至惠来高速公路工程场地地震安全性评价报告》[2]中公路沿线重点工程场地相应的加速度归档结果，本项目工程场地起点至K53路段加速度分档为0.15g区域，K53至终点路段属于加速度分档为0.1g区域。结合《中国地震动参数区划图》[3]有关规定，全线工程场地的抗震设防烈度为Ⅶ度；起点至K53路段工程场地类别以3类场为主，K53至终点路段工程场地类别以Ⅱ类场为主。根据《公路桥梁抗震设计细则》[4]的规定，桥梁抗震设防类别为B类，全线桥梁抗震设防措施等级为8级。莲溪大桥加速度分档为0.15g，因此，其抗震设防等级为8级。
1.2桥梁抗震设防目标及设防标准
根据《公路桥梁抗震设计细则》要求，本项目桥梁采用两水平设防、两阶段设计的抗震设计思想，第一阶段的抗震设计，采用弹性抗震设计；第二阶段的抗震设计，采用延性抗震设计方法，并引入能力保护设计原则。桥梁结构的抗震抗防目标及设防标准如下（表1）：
2桥梁抗震计算
为了详细了解地震作用下桥梁结构的受力状态，本文对莲溪大桥（25m小箱梁）进行抗震计算分析，以控制桥梁下部结构设计。
2.1地震动输入
莲溪大桥场地地表水平设计地震动参数与地震系数如表2所示：
标准反应谱的形式如下式所示，
2.3 E1纵、横桥向桥墩强度验算：
选取最不利的主墩截面内力进行配筋验算，如表3：
2.4 E2地震作用判断主墩弹塑性状态
在未对墩柱截面抗弯刚度修正情况下读出E2作用下墩底截面内力，由表4知，墩柱截面在顺桥向及横桥向都进入塑性。考虑全桥下部配筋一致性，以下取最不利的桥墩进行下部结构强度验算。纵横向控制截面弯矩-转角滞回曲线如下图（图5-图6）
2.5 E2地震作用下墩柱抗剪强度验算
根据《公路桥梁抗震设计细则》第7.3.4条进行墩柱斜截面抗剪强度验算，结果见表5。
表5 墩柱斜截面强度验算
2.6 E2地震作用主墩变形验算
根据PUSHOVER模型PMM塑性铰计算，纵横向位移能力曲线及墩顶变形时程曲线如下图（图7-图10）：
由上图位移-荷载图，第二折线末端为塑性铰达到其最大转角，对应的容许位移 。
2.7 E2地震作用下隔振支座验算
E2地震作用下铅芯橡胶支座力-位移滞回曲线见下图（图11-图12）
采用J4Q420x420 容许位移量75mm，依据城市桥梁抗震规范9.4.2条，剪切变形控制在250%以内，即2.5x75mm=187.5mm，从滞回曲线可以看出，支座最大位移为160mm，满足规范要求。
4抗震分析主要结论与抗震措施
4.1抗震计算结论：
本项目K10~K53段桥址区地震动峰值加速度为0.15g档，场地条件为Ⅱ、Ⅲ类场，抗震设防烈度为7度。如采用常规的板式橡胶支座，墩顶位移、挡块抗剪、支座变形及抗滑稳定性不能满足规范要求，必须采用减隔震支座，推荐使用铅芯橡胶隔振支座，通过铅芯橡胶隔振支座的集中变形吸收大部分地震能量，从而减弱地震输入上部结构的能量，减小了上部结构的振动，保证了结构安全，通过动力弹塑性非线性时程分析，同时考虑主梁之间的碰撞，计算支座变形为16cm，因此为了充分发挥支座的耗能消能减震作用，箱梁横隔外边缘与盖梁挡块的间隙取15cm，挡块作为纵横向限位装置的抗震措施，防止上部结构落梁。
4.2抗震措施
为防落梁，应采取以下措施保证结构抗震强度及抗震延性设计要求：
1、桥梁设计时充分考虑强震情况下可能诱发或加剧软土沉陷和砂土液化等地震灾害对桥梁基础的影响，桩基础设计时考虑砂土液化折减问题和软土地基负摩阻力的影响。
2、适当加强下部结构墩、台尺寸，增强墩、台的抗震能力。对柱式墩，当墩高>7m时，需设置桩系梁，当墩高>20m以上时，设置柱系梁；当墩高介于40～50m时，推荐采用薄壁墩。
3、现浇连续箱梁，梁上设置防震挡块，加强挡块配筋，挡块与墩台之间设置减震橡胶垫。
4、墩柱加密区箍筋直径、间距、根数根据《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）计算确定，非加密段箍筋体积配筋率不应小于加密区的50%。桩基桩顶箍筋加密区：非软基段加密区长度为8m，软基段加密区长度为穿过软弱层1m，最长取12m；加密段间距10cm，非加密段间距20cm。螺旋式箍筋的接头必须采用对接。
5、墩柱纵向钢筋延伸至距盖梁顶面10cm、承台底面10cm，不应在塑性铰区域进行纵向钢筋的连接。
6、增加墩台帽梁宽度，满足《抗震细则》要求和计算要求，加强梁片之间的横向连接，以提高上部构造的整体性，在墩台上设置防止落梁的防震挡块，并确保挡块与横向连接件的有效性，尽量避免上部结构在地震中落梁。
5结语
公路桥梁作为高速公路线路中重要纽带，是整条线路顺利通行的保障。当桥梁被地震破坏时，行驶在桥梁上的车辆和人员安全将会受到严重威胁；同时桥梁的破坏，也会导致整条线路无法通行。这将会发生救援人员与机械不能顺利进入震区展开救援工作，切断了震区与外界的联系，使震区处于孤立无援的状态，进而引发次生灾害，导致越来越多的人生财产和经济财产受到损失。
揭惠高速项目地处粤东山区，根据《广东省揭阳至惠来高速公路工程场地地震安全性评价报告》及相关研究报告表明：该项目最高抗震设防烈度为8度。本文选取最具代表性的莲溪大桥做为研究对象，采用有限元软件进行了结构分析，最后对计算做了验算，结果显示，莲溪大桥设计满足规范要求，结构安全。莲溪大桥的计算结果，可以作为揭惠高速整条线路桥梁设计的参考对比，为揭惠高速桥梁设计提供指导。
参考文献：
[1]崔巍. 桥梁结构抗震设计[J]. 科技创新导报，2010（2）：110-111.
[2]广东省揭阳至惠来高速公路工程场地地震安全性评价报告[R]。广州：广东省工程防震研究院，2010.
[3]《中国地震动参数区划图（GB18306-2001）》.
[4]《公路桥梁抗震设计细则（JTG/T B02-01-2008）》.
作者简介：
顾长青（1982.06—），男，工学学士，工程师，主要从事高速公路设计工作。E-mail：710735685@qq.com
论文作者:顾长青
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/16
标签：桥梁论文; 支座论文; 结构论文; 截面论文; 场地论文; 大桥论文; 位移论文; 《基层建设》2017年第16期论文;