摘要：在常规桥梁使用的过程中，地震危害直接影响到桥梁的安全性与稳定性，为了保障常规桥梁的使用可靠性，需要基于抗震理念对桥梁下部结构进行很好的优化处理，提高常规桥梁的建设质量。下文就抗震新理念下常规桥梁下部结构优化设计的途径进行研究分析。
关键词：抗震理念；常规桥梁；下部结构；设计优化
引言
地震灾害的一旦发生，将会给人民群众与社会造成极大的打击，而桥梁作为抗震救灾的重要通道，在地震发生过程中需要保证桥梁的抗震质量，避免微小地震对桥梁的结构造成负面的影响。因此在常规桥梁设计的时候，需要对下部桥梁结构的抗震性进行一定的优化设计，以提高常规桥梁的整体抗震效果。
一、抗震设计规范和目标
结构抗震设防的三水准目标是“小震不坏，中震可修，大震不倒”，即在遭遇50年内超越概率约63%的地震烈度，结构处于正常使用状态，为弹性体系；遭遇超越概率约10%的烈度，结构进入非弹性工作阶段，但变形或体系的损坏控制在可修复的范围；遭遇超越概率2%～3%的烈度，结构有较大的非弹性变形，不得倒塌。
二、地震荷载对桥梁的影响研究
为了更好的说明常规桥梁下部结构的优化改进，可以很好的提高桥梁的整体抗震性能。本文笔者选择了一联4*30米的连续箱梁为研究对象，找出地震荷载对常规桥梁的具体影响。
（一）PC小箱梁概述
笔者研究的4*30米的PC连续小箱梁，为单向四车道、单幅的桥面宽度达到了十七米。根据我国常规桥梁的抗震设计条例分析，可知当常规桥梁的抗震系数确定之后，该桥梁的整体抗震性就得到确定。而最终影响桥梁质量的是，地震的烈度和对应的地震级别。因为不同烈度的地震产生的荷载力是不同的，而不同级别的地震等级造成的破坏力也会是不同的[1]。
笔者选择E1烈度为0.5的地震荷载与E2烈度为1.7的地震荷载，为实验研究条件，分析PC小箱梁在受到地震荷载外力时，桥梁下部结构的纵向弯矩和桥墩墩底的弯矩变化，更好的设计优化相关桥梁的下部结构。PC小箱梁下部纵向弯矩的受力图见图一所示，PC小箱梁墩底的弯矩受力变化见图二所示。
图一 C小箱梁下部纵向弯矩的受力图
图二 PC小箱梁墩底的弯矩受力变化
（二）PC小箱梁的荷载受力分析
通过对相关数据信息的分析，可以发现在PC小箱梁下部结构设计的时候，若是采取板式橡胶支座，可以很好的抵抗E1与E2等级的地震荷载外力，从而更好的保障PC小箱梁的整体质量安全[2]。
在E2地震烈度下，桥墩承受的水平力没有发生大太的变化，而随着PC小箱梁桥墩高度的不断增加，墩底弯矩逐渐的增加，到临界值之后开始逐渐的减小。在E1地震烈度的影响下，在一定的桥墩高度之内，随着桥墩高度的逐渐增加，墩底弯矩逐渐的增加，到临界值之后开始逐渐的减小，呈现出与E2相同的弯矩变化。在常规载荷外力的作用下，PC小箱梁的墩底弯矩随桥墩高度的增加，呈现出线性的变化趋势。
二、抗震新理念下常规桥梁下部结构的优化设计方案研究
（一）桥梁下部结构的设计
在对常规桥梁下部结构设计的时候，需要依据我国公路桥梁抗震设计的标准，对桥梁的墩身进行有效的优化改进。为了更好的加强桥墩的质量，在桥墩施工建设的时候，需要对桥墩结构进行塑性设计，可以有效的提高桥墩的整体强度。
通过对PC小箱梁下部结构的设计优化，可以明显的发现桥梁基础桥向、顺桥向的弯矩、桥墩的剪力、桥墩的轴力等都得到了很好的提高。而在计算桥梁基础荷载的时候，可以依据图三的设计流程，以保障桥梁优化设计方案的可靠性。
图三 桥梁基础载荷的计算流程
从图三的基础载荷计算中可以发现，桥墩的纵向配筋需要达到抗裂和抗震的强度要求，这样在E1等级的地震发生时，桥梁的整体质量才可以得到很好的保障。桥梁的纵向配筋结构直接决定了桥墩的整体抗弯矩能力，进而影响到E2烈度等级地震载荷影响下，PC小箱梁是否能够进入到塑性阶段。
桥梁纵向的钢筋数目越多，则承载的外力载荷就越大，进而影响到PC小箱梁的整体抗震性能。因此在PC小箱梁下部结构设计的时候，桥墩的纵向钢筋数目不易过多，只需要达到E1与E2的地震等级要求即可。
（二）抗震优化设计研究
在PC小箱梁的下部结构优化设计过程中，首先需要对桥梁的施工建设进行整体的统筹，该PC小箱梁的墩高设计为十三米，桥面宽十七米，其中每一根桥墩的直径达到了一点六米，相邻桥墩之间的具体控制在九米左右。在桥墩桩基设计的时候，可以采取不同方案，保障桥墩尺寸的不变。通过分析研究几种设计方案的经济性与可行性，从而确定出最佳的抗震设计方案。
方案一：在桥墩的下部连接五根0.6米的基桩，从而更好的固定桥墩。在每一个桥墩的周边布置十根左右的PHC管柱，从而更好的提高PC小箱梁桥墩的整体抗震性能。如图四所示。
方案二：在PC小箱梁的单个桥墩下接入两根1.2米的钻孔灌注桩，每一个桥墩可以设计四根1.2米的灌注桩，从而更好的提高桥墩的整体施工质量。在钻孔灌注桩施工的时候，需要搭建哑铃型承台，以便钻孔灌注施工的质量与安全。如图五所示。
方案三：在PC小箱梁的桩柱式桥墩周边，接一根1.8米的钻孔灌注桩，通过桩顶提高系梁的质量与安全。如图六所示。
通过对三种方案的分析研究，可以发现方案一的施工经济性最好，采取PHC预应力管桩的施工处理，不仅可以有效的提高施工的效率与质量，并且PC小箱梁的整体抗震质量得到了很好的提高。而方案二与方案三中的钻孔灌注桩处理，由于钻孔的直径不同，通过分析后发现1.2米钻孔的灌注桩施工处理方案，不仅具有更好的经济性，并且桥梁的整体抗震系数得到了很好的提高。
图四 PHC管柱桥墩施工
图五 1.2米的钻孔灌注桩桥墩施工
图六 1.8米的钻孔灌注桩施工
三、抗横力系统结构设想
某桥地处山区，为15―30米钢筋砼预应力简支T型梁桥，全长470米，桥宽按高速公路路基半幅宽12.25米设计，取其中最高的一个墩（圆形墩柱高58.8米，直径Φ为1.8～2.2m，盖梁高1.6m。
新结构分析
因地震引起墩顶水平位移y1，F-ΔF从而使拉线一边绷紧一边放松，产生回复力2ΔFy。设拉线长L，与水平线夹角35°，则拉线伸缩值ΔL与y1的关系如下：
1)回复力计算
设拉线为钢绞线，断面积为As平方毫米，其弹性模量Es=1.95E5，回复力：Fh=2y1/1.221/102.5×cos35×1.95E5As=2.5531y1As，As单位mm2，y1单位m。
2)新结构自振周期及拉线分担水平力的比例
设结构振动某时刻t各节点水平位移：y1、y2、y3，拉线因各节点位移而产生回复力为F=2.5531y1As，则结构振动平衡方程如下：
梁柱结构为C30砼，其弹性模量Ec=3E4兆、拉线为钢绞线弹性模量Es=1.95E5兆。
3）据结构力学原理，各参数如下：
顶层水平向总刚度K=11707.225+2.5531As，单位N/m。顶层水平作用单位水平力P=1时拉线分担的水平力PL1=2.5531As/K、架子承担Pj1=11707.2/K，同样2、3节点有PL2=1.258As/K、Pj2=(11707.2+1.295As)/K、PL3=0.451As/K、Pj3=(11707.2+2.102As)/K，其他各柔度参数：
根据PL1=50%确定拉线断面积As=4585.4。
三、结束语
综上所述，在抗震新理念下为了更好的提高桥梁的建设质量，需要对桥梁下部结构进行很好的设计优化，提高桥梁的整体抗震质量。文中分析了PC小箱梁的下部结构设计方案，根据我国公路桥梁抗震设计的准则，对常规桥梁的下部桥墩结构进行很好的优化改进，从而很好的论证了下部结构优化对桥梁抗震性能的促进作用。
参考文献
[1]王淑涛,赵乐,徐亮.抗震新理念下常规桥梁下部结构优化设计探讨[J].公路交通科技(应用技术版),2017,806:346-349.
[2]梁浩.桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法探讨[J].建设科技,2018, 20:92-93.
[3]许祥,范平易.高墩连续梁桥抗震性能优化[J].山西建筑,2019,4210: 168-170.
论文作者:肖洋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/9/21
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