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浅谈中小跨径公路桥梁抗震设计理念

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摘要:为了提升中小跨径公路桥梁抗震性,介绍了设计理念,主要包括传力和设计两个方面;从具体设计过程中需要遵守的原则入手,分析了构件抗震设防措施;结合工程实例,通过设计过程和抗震方法设计两个方面,对中小跨径公路桥梁抗震设计理念进行了详细阐述,通过分析内容可以判定,做好中小跨径公路桥梁抗震设计,对于交通行业的发展意义重大。因此,要加强对该方面内容的分析,希望对相关工程有所帮助。

关键词:中小跨径;公路桥梁;抗震设计理念

0引言

针对中小跨径桥梁,在具体应用过程中遭受到破坏性地震的影响,桥梁的结构遭受到一定程度的破坏。如果破坏并不严重,则可以通过合理的措施对其进行维修加固。但是,从实际情况来看,对桥梁的修复和检测的维修难度较大。因此,要加强对公路桥梁抗震设计的分析。

1中小跨径公路桥梁设计理念

1.1传力方面

我国公路桥梁抗震设计主要围绕日本、美国等发达国家的设计规范作为主要基础,进行适当延伸而产生的设计理念[1]。但是,从实际情况来看,有些方面同我国的实际情况不符,这将会对公路桥梁最终的抗震设计造成不良影响。例如,虽然我国、日本、美国分别采用板式橡胶支座、钢支撑、框架支撑,但是从实际情况来看,传力结构、传力途径都存在较大差异,如果在具体设计中直接采用国外的标准规范,在设计上将会出现较为严重的问题。

1.2设计目标

我国公路桥梁抗震设计的目标为“小震不坏、中震可修、大震不倒”,界定标准并不明确,这对抗震设计结果造成了一定影响影响。因此,要从公路桥梁的细节入手,做好相应的分析工作,确保抗震设计的合理性。

2构件抗震设防措施

对于桥梁抗震设计应当从细节入手,针对桥梁中的不同构件、不同部位,不同地震影响,应当采取不同的量化指标,具体设计中应当遵循以下原则:(1)抗震计算的目的,是明确地震作用影响,结构内部的分布趋势和规律,具体影响数值很难计算明确,在设计时应落实“多道设防,分级耗能”的抗震理念。在具体设计过程中建议应用“保险丝式单元”,也就是通过自身失效或破坏确保桥梁结构整体安全的一项构件单元,其对确保桥梁工程整体稳定性具有重要意义[2]。保险丝单元作为一种主要桥梁构件,是确保桥梁安全性的第一道防线。保险丝式单元的具体方法如下:方便检测工作的进行,将方便修补与加固的位置设计为薄弱的能耗构件或部位。(2)一旦发生大地震,桥梁势必会遭受到破坏,抗震设计应当实行可控制、易检修、易更换等原则,可以对损伤部位以及损伤程度进行合理控制,对损失部位进行检修,对遭受到破坏的构件进行更换。通过科学合理的地震传力途径,避免桥梁结构中的关键承重构建由于遭受到意外而发生破损或形成难以检修的损伤。针对上述分析内容,在设计小跨径桥梁时,如果发生地震,桥梁结构中的支座作为保险丝单元发生损坏,此时桥墩会出现容易修复的损坏或损伤,可能对桩基造成不良损伤。

3公路桥梁的抗震设计方法

以某工程为例进行分析,工程位于地震断裂带上,因此在具体设计过程中,要设计较高的抗震设防等级,具体内容如下。

3.1设计过程

3.1.1确定参数

本次分析的公路桥梁抗震设防类别为B类,烈度为8级。工程的施工场地为Ⅲ类建筑场地,系数为1.2,抗震重要系数为0.43,地震周期为0.55s,加速峰值大小为0.2g。

3.1.2计算抗震结构

在对公路桥梁工程进行分析时,将单柱墩作为抗震设计分析对象,通过分析可以获取支座顶面的纵向地震作用力、上部结构遭受横向地震作用力,对各自对应水平位移加以确定,了解横桥向和顺桥向地震作用[3]。最终,结合永久作用效果,完成对弹性状态桥墩要达到强度值的计算,确定桥墩柱的纵筋配置情况。

3.1.3设计主要构件

公路桥梁工程中墩柱和桩基是承受地震的主要构件,在设计过程中,要对各项结构的强度进行验算。在验证桩基础强度中,将E1地震作用作为设计的核心基础,完成配筋率。在材料标准强度、最不利轴力条件下,计算桥梁方向极限弯矩值。结合对应剪力值、轴力值,设计桩基的组合和直径,从而使桩基础弹性状态,对承载力进行验算。依据竖向荷载值13m、17m的主线梁和8m、9.5m的匝道桥梁,分别选用超过三桩的双桩基础、群桩基础并做好相应的验证桩基的强度值。若存在不符合标准的情况,要增加配筋率或桩基。在验算墩柱抗剪强度,以E1地震作用为基础,设计弹性,E2地震下进行延性设计,并对墩柱、盖梁、基础等各项能力进行保护设计,完成对桥梁、配筋率等内容的极限弯矩值。

3.2抗震设计方法

3.2.1选择墩柱截面

墩柱截面与抗震能力间联系密切,确保上部结构、墩柱高墩相一致的基础下,选取4个不同截面尺寸。

3.2.2选择固定支座

针对一联桥梁,尤其是同桥台相连接的一联,结构中的固定支座墩最好不要采用矮墩。这主要因为矮墩的刚度相对来说较大,其结构对抗震不利,容易遭受破坏。3.2.3设计边梁梁端在具体设计过程中,边梁梁端要与墩柱边缘保持足够长的距离,通过该设计可以避免发生地震时,桥梁发生纵向落梁现象。

3.2.4设计单柱墩底塑性

铰区该区域的箍筋密度较大,因此在设计长度上,应当依据墩柱截面长边尺寸或墩柱高的20%选取,对两个数值进行对比,选择其中一个较大的值作为加密长度。加密箍筋间距的最佳距离为0.1m。

3.2.5承台与独柱墩下结点的连接设计

在该部位设中,墩柱垂直配筋、横向箍筋都必须保持连续,不得中断,避免地震对结构中的薄弱环节造成破坏。在具体设计过程中,应当将墩底纵向柱钢筋,延伸到承台底部。在中小跨径公路桥梁抗震设计过程中,除了要做好以上内容外,还需要做出相应的改进。由于我国在公路桥梁抗震设计,制定相关规范时,忽视了我国桥梁与国外桥梁在结构传力系统上的差异,没有针对传力路径上的差异进行针对性分析,对我国桥梁情况的认识不够全面。我国多数中小跨径桥梁采用的框架式都为桥墩,而日本采用的为钢支承,这导致了我国在抗震设计上存在的问题较为明显,其中在传力路径方面存在的差异较大,更为严重的体现在规范和实际设计上存在的差异。基于此,在具体设计过程中,必须要立足我国桥梁工程的实际情况,一旦发生大地震,应当允许桥梁发生一定程度损坏,例如桥梁结构中的支座损坏,该过程可以消耗因为地震而产生的大量能量,该结构的损坏可以起到保护墩柱的作用,桥梁结构中支座可以很好的发挥出保险丝作用,对于桥梁抗震性能的提高意义重大。因此,在桥梁设计中,可以适当借助上部结构与支座之间产生的摩擦,消耗能量,从而降低地震对桩基产生的影响。

4结语

抗震是衡量公路桥梁安全性能的一项关键指标,因此在公路桥梁设计过程中,要提升公路桥梁的抗震能力。我国公路桥梁抗震设计主要受发达国家影响,但是受实际情况限制,与发达国家的桥梁相比存在的差异较大,因此具体设计中,要从实际入手,做好每一个环节的设计,确保公路桥梁的安全性。

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]汪玚.公路桥梁抗震设计新技术研究新技术、新方法、新理念把脉公路桥梁抗震设计[J].交通建设与管理,2013(5):36.

[3]魏吉明.中小跨径公路桥梁结构设计探究[J].民营科技,2014(9):163.

[4]陈晓兰.浅析山区中小跨径桥梁设计要点[J].四川水泥,2016(3):101.

作者:蒋立华 单位:盐城市交通规划设计院

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