橋梁結構抗震設計與設防淺析

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摘要：在新時期下，我國的橋梁數(shù)量在不斷增多，在進行橋梁結構設計時需要考慮人們行車的安全性，加強對橋梁結構抗震設計的重視程度，選擇不同的抗震設計方法優(yōu)化實例的設計方案，從而使得橋梁結構本身的抗震系數(shù)能夠得到全面提高。與此同時，還需要融入先進的科技手段，構建三維立體化的模型，使得橋梁結構抗震設計能夠具備針對性和專業(yè)性的特點，為后續(xù)橋梁正常使用打下良好的基礎。

關鍵詞：橋梁結構；抗震設計；設防措施

當前的橋梁結構抗震設計存在諸多的問題影響了橋梁結構的穩(wěn)定性和安全性，因此在實際工作中需要適當?shù)慕梃b其他地區(qū)在橋梁結構抗震設計方面的經(jīng)驗，根據(jù)本地區(qū)的橋梁結構特點設置相對應的抗震設計方案，從而使得橋梁本身的抗震系數(shù)能夠得到全面提高。在實際工作中需要了解橋梁抗震設計的要點以及設防的措施，從而使得橋梁設計效果能夠得到全面提高。

1橋梁抗震結構概述

在進行橋梁抗震結構設計之前，需要了解橋梁抗震結構本身的特點，從而為后續(xù)的設計工作提供重要的支撐。橋梁工程屬于當前時代下重要的建設工程，抗震系數(shù)的提高影響了橋梁工程本身的穩(wěn)定性，在抗震設計中，主要是根據(jù)地震災害和工程經(jīng)驗等相關內(nèi)容來進行日常的設計，選擇正確的設計思想，從整體性角度構建完整結構總方案，細致性地進行結構設計，從而達到抗震效果，合理性的抗震設計要在剛度和強度上滿足相關標準，并且實現(xiàn)強度和剛度的最佳組合，使得橋梁的抗震效果能夠得到全面提高[1]。橋梁屬于交通中的重要組成部分，橋梁如果被破壞不僅會影響人們正常出行，還會帶來較為嚴重的安全問題，因此在實際工作中需要更加科學而有序地進行橋梁抗震結構設計，從以往的設計經(jīng)驗來看，一些橋梁經(jīng)常會出現(xiàn)開裂和混凝土剝落等問題，嚴重時內(nèi)部鋼筋也會出現(xiàn)裸露情況，因此在實際工作中需要更加科學而有序地開展橋梁抗震設計，為后續(xù)的使用提供重要基礎。

2橋梁結構的震害研究

2.1原因

地震對于橋梁結構的影響是比較大的，很容易導致橋梁結構出現(xiàn)損壞的問題，使得橋梁安全性和質(zhì)量無法滿足相關的標準，在實際工作中需要加強對橋梁結構抗震設計和設防的重視程度，并且還需要了解橋梁結構出現(xiàn)震害的原因。橋梁結構震害包括橋梁振動和場地相對位移變化，產(chǎn)生了強制性的變形，在場地運動的引力下，慣性會將地震作用于加載強硬結構中，而出現(xiàn)橋梁結構振動問題。其次還會由于場地的位移而引起，在場地位移下不通過強制性變形，形成了超靜定內(nèi)力使得橋梁結構出現(xiàn)變形情況，在地震作用下，橋梁結構會受到不同程度的破壞問題，使得安全性很難得到有效保障，比如橋墩的開裂和傾斜等等，由于地震對于橋梁結構的破壞程度存在一定差異性，所以其中的表現(xiàn)形式也存在著一定差異性，在地震發(fā)生后會使橋梁出現(xiàn)位移，對各個節(jié)點造成嚴重影響，節(jié)點的承載力和角度發(fā)生一定變化，那么會使橋梁本身出現(xiàn)相互碰撞問題，一部分橋梁會出現(xiàn)整體隆起。在地震發(fā)生之后，由于橋梁地基周圍土質(zhì)發(fā)生了變化，那么橋梁內(nèi)部也會出現(xiàn)位移，在位移作用下很容易出現(xiàn)橋梁落梁的情況。與此同時，支座和橋墩彎曲也是橋梁震害常見的表現(xiàn)形式，使得橋梁結構的安全系數(shù)很難得以充分保證。所以在實際工作中，需要從不同方面入手加強對橋梁結構抗震設計的優(yōu)化力度，同時還需要設置安全防護措施，提高實際的設計效果和水平。

2.2表現(xiàn)形式

2.2.1橋臺。如果橋梁結構中的抗震系數(shù)大于橋梁本身承受的壓力，會出現(xiàn)橋臺震害，主要表現(xiàn)是橋臺和路基一起出現(xiàn)移動的問題，并且橋臺還出現(xiàn)傾斜和開裂，底部出現(xiàn)下沉和轉(zhuǎn)動。與此同時，在橋臺表面處還會出現(xiàn)不同程度的裂縫和開裂，很容易和主梁產(chǎn)生相撞，橋臺滑移和傾斜會導致橋梁結構本身壓力不斷增大而使主梁出現(xiàn)返工的問題，這一情況在實際工作中比較常見，危害也比較大。因此在日常設計工作中需要考慮這一部分震害發(fā)生的特點，優(yōu)化實際的設計方案，凸顯現(xiàn)代化的設計模式。2.2.2樁墩。常見的表現(xiàn)是傾斜和開裂或者是混凝土橋墩下部鋼筋朝燈籠狀的方向而變形，混凝土也會存在崩裂的問題。傾斜有單向和八字開裂，主要是由于各個樁基的連接處存在一定的偏差而導致的。2.2.3支座。主要表現(xiàn)為傾斜和開裂等問題，固定支座的螺栓出現(xiàn)了傾斜和壓碎的問題，使得整體結構變得不穩(wěn)定，同時這一破壞的原因還和下部混凝土壓碎有著密切的關系，尤其是在脫落和移位之后，結構中的力會朝著中間部位不斷變化，對其他結構和抗震性能造成非常嚴重的影響[2]。如果在實際工作中并沒有加強對這一問題的重視，那么會使得震害不斷增加影響人們行車的安全性。

3我國抗震設防的標準

在進行橋梁結構抗震設計時，需要明確主要的技術標準，將經(jīng)濟和技術進行相互融合，使得實際設計方案能夠具備科學性的特征。在實際工作中需要根據(jù)道路橋梁本身特點進行有效分類，并且還要制定正確的設計方案，我國當前現(xiàn)有公路橋梁課程設計中，地震標準偏低，并且僅僅只有一級的水準，我國當前現(xiàn)行的公路工程，抗震設計對于地震結構的反應規(guī)律認識，存在著一定的限制之處，使得抗震設計理念和方法存在一定的偏差。在實際工作中可以適當借鑒國外關于抗震設計方面的要求以及標準，再結合我國當前的發(fā)展現(xiàn)狀進行相互融合，科學的計算相關參數(shù)，還要掌握主要的抗震要求，融入新型的抗震設計理念，從而使得最終的設計效果能夠符合相關標準。

4橋梁結構抗震設計與設防措施

4.1抗震設計的方法

4.1.1靜力法。橋梁結構抗震系數(shù)提高已經(jīng)成為設計工作中需要廣泛關注的問題，在實際工作中需要選擇正確的抗震方法，使得最終的抗震效果能夠得到全面提高。在實施工作中可以選擇靜力方法進行抗震設計，假設各個物體和各個部分之間的地震具有相同的震動，結構上的作用只局限于地面運動或者是物質(zhì)質(zhì)量所產(chǎn)生的慣性力，在實際設計方案中需要忽視進容運動特征和結構的動力性，通過地震的慣性力來進行結構內(nèi)力分析[3]。從動力學的角度來看，地震加速度只是作為結構破壞的單一因素，具有一定的局限之處，并且還要考慮動力特征方面的因素，只有結構物的基本特征，周期比地面卓越周期小時，那么當?shù)卣鸢l(fā)生時，橋梁結構不會受到任何的破壞。在實際工作中需要加強對靜立法的有效認識以及了解，同時還需要融入抗震計算方面的工作要點，使得抗震設計效果能夠得到全面提高。4.1.2反應譜法。在這一方法運用的過程中，主要是從地震系數(shù)的取值來進行水準的有效選擇，根據(jù)地震的加速度來獲取相對應的規(guī)律數(shù)值，并且一個反應在一定體系內(nèi)要確定阻尼比之后，再根據(jù)數(shù)據(jù)的搜集來獲取有關地震加速度的變化情況，通過曲線的繪制來了解平均值。在公路抗震設計規(guī)范中要不斷地擴大動力的放大系數(shù)結構的地震反應，要以卓越周期為主要的基礎，并且在地震波的激勵下進行強迫震動。在實施工作中需要根據(jù)不同的特征周期和不同場地的對應反應譜進行日常的設計，繪制反應譜曲線，使得設計方案能夠具備科學性的特點。其次，在實際設計工作中還可以采取非彈性的反應譜法，根據(jù)彈性結構的體系進入到非線性的狀態(tài)中，彈性反應譜分析方法以結構的加速度為主要基礎，在強烈地震作用下，結構將進入到彈塑性變形階段，這時結構剛度和自證特征都發(fā)生了一定改變，彈性反應譜法在計算結構地震力時并不能反映非線性的損傷過程，但是可以在彈性反應譜技術上發(fā)展出非彈性的反應譜，在非線性反應譜設計工作中需要特別注意其中的缺點，比如要假設一個特殊的質(zhì)變反應特征，例如彈塑性反應特征和假設存在著一定差異的話，那么非彈性反應譜的作用會不斷削弱，以此使得結構設計方案無法滿足相關的標準。因此，在實際設計之前需要加強對現(xiàn)場情況的有效了解和認識，做好數(shù)據(jù)的分析工作，將不同的設計理念融入其中，提高實際的設計效果。最后，可以采取動力時程分析方法，主要是利用實際地震面運動加速度的記錄來進行抗震分析以及假設，在設計方案制定時要考慮結構的彈性和彈塑性的形態(tài)，充分結合地震本身的影響要素來進行綜合性分析，在復雜工程結構抗震分析設計工作中需要提供和設計模式相匹配的地面運動加速度的設計方案，構件完善的模型，例如屈服模型等等，之后再通過三維立體化技術進行結構的簡化設計。在后續(xù)工作中要采取積分的方法計算每個結構，在不同時刻的彈塑性地震反應，也可以用相同的方法找到結構中的薄弱部位來完善實際的設計方案。

4.2設防的措施

4.2.1場地的整體規(guī)劃。在進行這一部分工作時需要了解地震的危險性，盡可能地選擇正確的施工位置，同時還需要在場地內(nèi)通過合理性規(guī)劃來為后續(xù)施工提供重要的基礎。在實際實施時要避免地震發(fā)生時很有可能發(fā)生的地基失效問題，對于松軟場地來說要進行有效處理，在實際工作中要盡可能選擇堅硬的場地進行日常工作，橋梁整體性要好，并且上部結構要保持連續(xù)性的特征，通過較為完善的可靠性以及穩(wěn)定性，能夠防止一些結構構件出現(xiàn)散落問題。在后續(xù)工作中要充分結合空間作用的基本條件，在平面和立面上優(yōu)化整體的結構布置，并且考慮有關幾何尺寸和質(zhì)量方面的因素，保證剛度是非常均勻的。在對稱和規(guī)整方面能夠符合相關要求，從而防止在地震發(fā)生時出現(xiàn)突然變形的問題而影響實際的設計效果。4.2.2結構與構件的強度。提高結構與構件的強度在實際設防工作中是非常重要的，橋梁結構的地震破壞，主要是由于地震而引起的結構振動，所以在實際工作中需要根據(jù)地基的特點來了解結構的振動能量，將此作為最小值，使得結構能夠具備較高的強度以及高度。在實際工作中需要在不增加重量和高度的前提下，使得總體強度能夠得到全面提高，在高度選擇方面需要依據(jù)現(xiàn)場情況來提高實際的設計效果。強度是決定抗震能力的重要參數(shù)，地震很有可能會導致結構出現(xiàn)反復變形的問題，使得剛度和強度在不斷退化，所以在實施工作中需要加強對這一問題的有效認識，做好延性設計，不斷完善抗震的設計模式和方案。

4.3需要注意的問題

4.3.1抗震設計需要注意的問題。在進行抗震設計時需要做好基礎性規(guī)劃，根據(jù)橋梁位置來完善總體的設計方案，在進行位置選擇時要盡可能選擇比較堅硬的場地，比如堅硬碎石地基等，這都是比較理想的施工地點。同時對于不穩(wěn)定的坡頂來說，要進行有效處理，在實際設計工作中要避免跨越地質(zhì)斷層，如果由于場地的限制必須要進行跨越的話，則要根據(jù)地質(zhì)情況的有效分析，從安全性角度來考慮后續(xù)的施工效果。在抗震設計工作中，需要根據(jù)橋梁本身的重量以及高度均勻分布的情況來提高后續(xù)的施工效果，在抗震設計時需要掌握橋梁的選型，把握關鍵的程序，在橋梁選型時要結合不同的因素，比如地形和地質(zhì)條件等，根據(jù)現(xiàn)場情況進行合理性設計，從技術可行性上優(yōu)化橋梁結構的體系，從而達到最佳的設計效果。對于傾斜地區(qū)來說，抗震性能偏低，對于橋墩的基本動力放大系數(shù)的影響比較大，這就很容易加大震害發(fā)生的程度，在發(fā)生地震時很容易出現(xiàn)偏移的問題而導致錯位，在實際工作中需要加強對這些問題的重視程度，如果情況允許的話，可以從整體性的角度進行深入分析以及研究，具體問題具體劃分。4.3.2合理性的設置和布置。在實際抗震設計時，要特別關注有關支座形式方面的問題，研究數(shù)據(jù)表明，在某些地區(qū)發(fā)生地震之后，普通橡膠支座破壞會使損傷不斷加大，所以在支座形式方面需要根據(jù)橋梁設防的要求以及標準進行合理性設置，根據(jù)基本地震的動峰加速度值來選擇減震性的橡膠支座。通過支座的合理性布置能夠降低地震對于橋梁本身的負面影響。值得注意的是，在實際設計工作中不要選擇同一種類型的固定支座，需要融入活動性制作的布置方式，并且考慮各個支座所受到的水平壓力，做好數(shù)值的計算以及分析工作，從而使得最終的設計效果能夠達到預期的狀態(tài)以及標準。同時，還需要根據(jù)抗剪計算進行估計的合理性配置，確定好不同箍筋的間距等，做好細節(jié)性的構造，滿足抗震設計要求以及標準，通過細節(jié)性的設計，不斷完善抗震設計的方案。

5結束語

在進行橋梁結構抗震設計時，需要優(yōu)化常規(guī)性的橋梁結構，融入先進的科技手段，使得設計方案能夠具備科學性的特征，注重細節(jié)性的構造，要特別注意不同構造之間的銜接，結合以往的設計經(jīng)驗，不斷完善設計方案，做好數(shù)值計算以及分析工作，通過靈活性角度來提高實際的設計效果，推動我國橋梁設計行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻：

[1]寇馳.裝配式混凝土框架橋梁節(jié)點桿連接抗震性能的研究[D].西安：西安工業(yè)大學，2019.

[2]崔文明.橋梁設計中安全性和耐久性的研究[J].交通標準化，2018（16）：81-82.

[3]靳海燕.公路橋梁施工中，安全性和橋梁耐久性的分析[J].黑龍江交通科技，2019（9）：133-134.

作者:薛玲莉 單位:蘇交科集團股份有限公司