桥梁结构设计

浅析桥梁结构设计

【摘要】

桥梁工程的研究是当今的热议问题，尤其是对桥梁的抗震及其结构的加固，本文主要对这两大问题阐述了自己的观点，介绍了地震对桥梁的危害及改善的方法和桥梁结构加固的几种方法。

【关键词】桥梁抗震结构加固

桥梁是一个国家历史与文化的象征，我国自古以来在桥梁建造方面就有着光辉的成就，所建桥不计其数，对人类文明进步作出了非凡的贡献。随着我国路桥交通事业的的高速发展，桥梁工程设计理论也得以发展和完善，很快进入了一个新的时代。

桥梁一般由桥跨结构（或称桥孔结构或上部结构）、支座系统、桥墩、桥台、墩台基础五大部件组成，这五大部件是桥梁承受车辆运输荷载的桥跨上部结构与下部结构，是桥梁结构安全的保证。新的桥梁结构设计应该在桥梁的抗震及其桥梁结构的加固方面有更大的突破，以下我们就针对这两个方面进行分析：

近几年来震灾频发，随着人口密度的增加，地震灾害给我们带来的不良后果也愈发严重。地震对桥梁的破坏主要是由于地表破坏和桥梁受震破坏引起的。其中地表破坏有地裂、滑坡、塌方、岸坡滑移和砂土液化等现象。地裂会造成桥梁跨度的缩短、伸长或墩台下沉。在陡峻山区或砂性土和软粘土河岸处，强烈地震引起的塌方、岸坡滑动以及山石滚落，可使桥梁破坏。在浅层的饱和和疏松

砂土处，地震作用易引起砂土液化，致使桥梁突然下沉或不均匀下沉，甚至使桥梁倾倒。在坡边土岸或古河道处，地震则往往引起岸坡滑移、开裂和崩坍等现象，造成桥梁破坏。桥梁受震破坏是由于地震使桥梁产生水平和竖直振动，造成桥梁构件的损坏和破坏,甚至使桥梁倒坍。此外,有些桥梁虽然在强度上能够承受地震的振动力，但由于桥梁上部、下部结构联结不牢，整体性差，往往会造成桥梁上部和下部结构间产生过大的相对位移，从而导致桥梁破坏。

桥梁震害的主要表现是：①墩台开裂、倾斜、折断或下沉；②支座弯扭、断裂、倾倒或脱落；③桥梁上部结构和下部结构间相对位移；④落梁。拱桥受震破坏主要表现为:①拱圈开裂;②墩台下沉；

③多孔时墩身开裂、折断；④落拱。一般说来，桥梁震害在高烈度震区比低烈度震区重；岸坡滑移和地基失效处的桥梁震害比一般地基处严重。

鉴于以上震害表现，我们研究了以下几点防震措施：

一、不管对于哪种桥型，都必须充分考虑到地震情况下桥梁结构的水平运动，设置足够强大的横向限位构造。而大多数设计院在设置挡块时一般尺寸有个20～30cm宽就可以了，钢筋也仅仅配到12mm就行，靠这个小块怎能挡住来自地震的冲力。鉴于以上分析，对于高抗震地区一般小跨径的简支板梁，挡块推荐采用水平尺寸大于40cm的，对于连续梁桥，挡块应大于50cm，也可以在支座内侧设置内挡块，挡块尺寸可以更大一些。对于钢筋布置，挡块竖向与

桥墩或盖梁的连接钢筋建议采用25mm的，间距150mm比较合适。

二、对于高墩桥梁，由于地震力对上部结构形成很大的水平力作用，因此墩柱的构造配筋就也显得非常重要，很多桥梁也是由于墩柱破坏造成了整座桥梁的坍塌。

对于桥梁墩柱的配筋布置，由于我国相关桥梁抗震规范的落后，造成具体设计时无法可依。很多设计单位在抗震设计时，仅按照对桥梁上部结构进行抗震验算得到水平力后对墩柱进行抗弯、抗剪验算即可，而没有考虑到抗震构造的一些配筋布置。这些构造配筋布置主要就是考虑到高抗震要求情况下，墩柱刚性抗弯不足时，形成塑性铰，仍然可能继续满足抗震要求。

根据aashto规范的相关抗震要求，对于抗震地区的抗震墩柱，要求其面积配筋率大于2%，对于抗震地区的非抗震墩，其面积配筋率需大于1%。根据对在一座高抗震地区桥梁设计时的对墩柱的验算，按照aashto规范进行抗震配筋构造布置，远大于按照水平地震力对墩柱的抗弯抗剪要求。同时，对于抗震地区的相关构件的箍筋布置。

三、高抗震要求地区，很多损坏的桥梁都是属于规范规定的重要性程度不高的范围内，而且也都是一些中小桥；但是，由于其损坏造成的损失却相当巨大。对于这些中小桥来说，提高其抗震要求所增加的费用相对非常少，最多也就是将挡块尺寸放大一些，墩柱配筋稍多一些即可。但是如果重视程度不够，造成的影响也是巨大

的。这个问题涉及到经济性和安全性的合理平衡，希望新的规范中能够进一步优化。

以上三种方法可减少地震对桥梁的危害，地震我们可以防患于未然，但是，桥梁的牢靠需要我们的及时的修整及加固，举例说明：近期，桥梁大国的中国桥梁垮塌事故频发，引起社会舆论对公共设施安全问题的关注。2011年7月11日凌晨2时10分左右，江苏盐城境内328省道通榆河桥发生垮塌，两辆货车坠落。该桥梁位于通榆河与淮河入海水道交叉处328省道上，该桥1997年3月通车，至今不足15年。2011年7月14日上午，位于福建南平市的武夷山公馆斜拉大桥突然断裂坍塌，桥上一辆旅游大巴在事故中坠落，造成1人死亡，22人受伤。该桥是通往武夷山景区的主干道，1999年11月开通，至今不足12年。虽然桥梁结构加固一直在倡导，但其存在的安全隐患仍经不起时间的沉淀，相继暴露出来。下面我们以最常见的桥梁结构形式的上部结构及其常见的加固方法进行

说明：

桥梁结构加固是通过对构建补强和结构性能的改善来恢复或提高现有桥梁的承载能力，以延长其使用年限。桥结构加固技术主要有：增设纵梁加固法、受压区增大截面加固法、外部预应力加固法等、锚喷混凝土加固法。

增设纵梁加固法在桥梁墩、台基础稳定，并具有足够承载能力的情况下，可采用增设承载能力高和刚度大的新纵梁，使新旧梁相

连共同受力。由于应运中的车辆荷载在新增主梁后的桥梁结构中重新分布，使原梁中所受荷载得以减少，加固后的桥梁承载能力和刚度得以提高。当增设的纵梁位于主梁的一侧或两侧时，兼有拓宽的作用。此法适用于梁体结构基础完好，而承载能力不能满足要求的场合或者结合桥梁的拓宽工程进行，并做好新旧梁的横向连接，一般不单独采用。

受压区增大截面加固法：当原桥上部结构构建的承载力不足，截面面积又过小，而墩台及基础较好，承载力较大，可将原有桥面铺装层凿除使其与原有主梁形成整体，对桥面板表面进行处理后再浇筑一层新的钢筋混凝土补强层，从而增大主梁的有效高度，改善桥梁荷载横向分布，用以提高梁的抗弯能力。该方法的缺陷在于凿除桥面时无法采用机械化施工手段，全部作业需要手工完成，用工量较大，工期较长，还可能对原结构造成一定的损伤。

外部预应力加固法运用预应力原理，再增设的构件或原有构件上施加一定初始应力的一种加固方法。采用对钢筋水泥或预应力混凝土梁或板的受拉区施以体外预应力进行加固，以抵消部分自然重力，可较大幅度地提高梁的承载能力，起到卸载、减小跨中挠度、减小裂缝宽度或闭合裂缝的作用。其优点在于在自重增加很小的情况下，能大幅度改善调整原结构的受力状况，提高刚度及抗裂性。由于自重增加小，减小了对墩台及基础受力状况的影响，可节省对墩台及基础的加固量。此方法可在不限制通行的条件下进行加固施