中小跨径公路桥梁抗震设计理念及方法

中小跨径公路桥梁抗震设计理念及方法
摘要：公路桥梁是我国重要的基础设施，对人们出行安全、社会经济发展有着极大影响。

在中小跨径公路桥梁设计中，抗震设计是一项十分重要的内容，直接决定着公路桥梁的安全性。

因此，提高公路桥梁抗震设计有着重要意义。

文章对中小跨径公路桥梁的设计理论及方法展开了讨论，有效消除抗震安全隐患，提高公路桥梁的质量，延长使用寿命。

关键词：公路桥梁抗震设计地震方法
研究地震对公路桥梁安全有着极大威胁。

如果公路桥梁抗震设计不足，就会造成公路桥梁的裂缝、挡块破碎、支座变形等危害，对人们生命财产造成巨大威胁。

以2008年汶川地震为例，被毁坏了高速公路、国省干线、乡村公路以及桥梁分别有24条、161条、8618条和6140座，仅交通设施经济损失就超过670亿。

因此，加强公路桥梁抗震设计十分必要，本文对此展开了研究。

1.中小跨径公路桥梁设计理念
我国当前公路桥梁在抗震方面的规范主要是《公路桥梁抗震设计细则》JTG/T B02_01-2008（以下简称《细则》），这是以美、日等发达国家桥梁设计规范为基础，围绕先进延性抗震设计、能力保护理念形成的。

但在一些方面与我国实际
情况不符，影响了公路桥梁抗震设计效果。

1 . 1中小跨桥梁传力方面
我国、美国和日本采用的分别是板式橡胶支座、框架式支座以和钢支撑，实际情况之间存在差异，传力结构体系、传力途径方面都有所不同。

直接采用国外规范，导致设计过程中出现了问题。

1 . 2抗震设计目标方面
我国设定的目标是“小震不坏、中震可修、大震不倒”，并没有严格的界定标准，导致公路桥梁设计没有准确依据，影响了抗震设计效果。

对此，需要对不同水准地震作用下，公路桥梁各个部位、构建制定明确的抗震目标，包括桩基础、承台、桥墩、支座以及挡块的强度、延性指标等，为公路桥梁抗震设计提供参考。

1.3地震参数划分方面
许多地区的地震动参数是相对较低的，如汶川就仅为中震水平。

在设计时，没有考虑大震情况，也会降低公路桥梁抗震性能。

对此，在公路桥梁抗震设计中，需要从桥梁重要性、地震危险性方面来设计抗震构造，而不是依据地震烈度。

2.公路桥梁的抗震方法
以某高速公路为例，此高速公路位于地震断裂带上，需要设计较高的抗震设防等级，其抗震设计过程与方法如下：
2 . 1抗震设计过程
（1）确定计算方法。

此公路桥梁上部采取连续梁结构，中部墩柱是固定盆式支座，其余墩柱是单、双向的盆式支座。

因此，在一联结构中，公路桥梁受到的横向、纵向（顺桥向）地震作用力分别是由联内各桥墩、固定支座墩承受的。

可以采取《细则》中反应谱方法，对计算公式进行简化后，得到计算结果并进行复核。

（2）确定地震参数。

就本公路桥梁而言，抗震设防类
别设计为B类，烈度8级。

场地是Ⅲ类建筑场地，场地系数1.2，地震周期0.55s，抗震重要性系数是0.43，加速度峰值0.2g。

（3）选取计算结构。

本公路桥梁包括众多的子结构，
其分界点是伸缩缝。

在抗震设计时，无需全部计算。

可从中选择具有代表性的结构，对其进行抗震分析，得到抗震设计结果。

（4）结构抗震计算。

选择单柱墩作为抗震设计分析对象，根据简化后的计算公式，可以得到支座顶面受到的纵向地震作用力、上部结构受到的横向地震作用力，从而确定各自对应的水平位移；再根据弹性桩水平位移与作用效应计算公式，可以计算出顺桥向、横桥向的地震作用效应。

结合永久作用效应，可以计算出弹性状态下桥墩需要达到的强度值，最终确定墩柱需要的纵筋配置。

（5）主要构件设计。

公路桥梁抗震中承受地震作用的
主要构件是桩基础和墩柱，需要分别对其强度加以验算。

其中，在桩基础强度验证中，以E1地震作用为基础，算出配筋率。

在材料标准强度、最不利轴力条件下，计算桥梁两个方向的极限弯矩值。

结合对应的轴力值、剪力值，通过对桩基础直径、组合的设计，使桩基础处于弹性状态，验算其承载能力。

在本高速公路选择的代表性计算结构中，要使桩基础同时满足强度和竖向荷载要求。

根据竖向荷载值，13m、17m的主线桥梁和9.5m、8m的匝道桥梁，应分别选用3桩以上群桩基础、双桩基础，然后根据上述方法验证桩基础强度值。

如果有不满足的情况，需要适当增加桩径或配筋率。

在墩柱抗剪强度验算中，以E1地震作用下进行弹性设计，E2地震作用下进行延性设计，并对盖梁、墩柱、基础等进行能力保护设计，算出配筋率，计算桥梁两个方向的极限弯矩值。

结合对应的剪力值，对墩柱塑性铰区域进行箍筋配置，根据《细则》对墩柱抗剪强度进行验算。

2 . 2抗震设计方法
（1）做好墩柱截面的选择。

墩柱截面与其抗震能力之间有着密切关系。

在保持上部结构、墩柱高墩一致条件下，分别选取4个不同截面尺寸，其对于E1的抗震结果如表1
所示，由于篇幅有限，对于E2地震作用下的延性设计，这里就不概述了。

从表1中可知，对于桥宽、墩高和跨径结构确定的桥梁，若是选择大截面，会增加墩柱纵向配筋，弯矩
值也会相应增加，基础构件的尺寸也需要相应增大；如果选择小截面，抗弯强度可能不足，需要不断提高截面配筋率。

因此，过小或过大的截面都是不合适的。

需要通过假定验算，选择合适的墩柱截面。

（2）在固定支座墩选择上，对于一联桥梁，特别是与桥台相连的那一联，固定支座墩不宜选用矮墩。

其原因是矮墩刚度较大，并不利于抗震。

（3）在边梁梁端设计上，要使其与墩柱边缘保持足够距离。

以免在地震发生时，桥梁出现纵向落梁问题。

（4）在桥梁上部结构与桥墩连接部位，需要采取钢筋混凝土横向限位挡块设计。

在地震发生时，可以起到支撑作用，避免横向位移过大而发生落梁。

（5）在单柱墩底部的塑性铰区，由于其是箍筋加密区，在长度设计上，需要按照墩柱截面的长边尺寸或者墩柱高的1/5来选取，从两个值中选择较大的一个作为加密区长度。

加密箍筋的间距以10cm为宜，钢筋的直径、肢数需要通过验算墩柱抗剪强度来确定。

（6）在承台与独柱墩下结点的连接部位，需要使墩柱垂直配筋、横向箍筋保持连续，以免地震作用破坏薄弱环节。

在设计时，需要将墩底的纵向墩柱钢筋，直接延伸到承台底部。

加密区的箍筋也需要延伸至承台中，深入长度要超过0.5m或者墩柱截面长边尺寸的50%。

3.结语
综上所述，近些年来，随着我国社会经济的不断发展，人们对交通运输的需求不断增加，公路桥梁工程越来越多，公路桥梁安全成为了人们关心的重点内容。

公路桥梁设计是其安全的决定性因素，抗震作为公路桥梁安全的一项重要指标，需要在设计中加强对抗震的设计，以提高公路桥梁的抗震能力。

我国公路桥梁抗震设计借鉴于西方发达国家，但受国情影响，存在许多不适宜之处，在设计时，需要从公路桥梁实际情况入手，按照固定的步骤，做好每一环节的设计。

并着重加强薄弱部位的抗震设计，保障公路桥梁整体的安全性。

参考文献：
[1]王克海，李冲，李悦.中国公路桥梁抗震设计规范中存在的问题及改进建议[J].建筑科学与工程学报，2013（2）：95-103.
[2]贡金鑫，王雪婷，张勤.从汶川地震灾害看现行国内外桥梁抗震设计方法[J].大连理工大学学报，2009（5）739-747.
[3]庄泳浩，刘芳.公路桥梁结构的抗震设计要点分析[J].中国市政工程，2011（4）：17-19，22，88.
[4]刘健新，赵国辉，李加武.汶川地震及中国公路桥梁抗震设计规范的变迁[J].交通科学与工程，2009（01）：21-25.
[5]唐光武，兰海燕.中国公路桥梁抗震设防标准的发展和
评价[J].公路交通技术，2011（06）：39-43+48.。