市政桥梁抗震性能化设计探究

市政桥梁抗震性能化设计探究

雷清江

云南省交通规划设计研究院有限公司  云南昆明  650041

摘要：市政桥梁作为城市发展必不可少的城市基础设施，其中抗震设计是市政桥梁设计中极为重要的组成部分，是贯穿于桥梁整个设计、建设、使用全寿命周期内，保护桥梁安全，提高桥梁可靠性及稳定性的重要影响因素，抗震理论及抗震措施相较过去，也有了长足的发展。基于此，本文首先阐述了市政桥梁抗震性能化设计的作用，其次对市政桥梁抗震性能化设计进行了探究，并提出加强市政桥梁抗震性能化设计的有效措施，希望可以为相关工作提供参考。

关键词：市政桥梁；抗震性能化；设计

引言

根据调查研究发现，影响市政桥梁工程的抗震性能的因素有很多，包括抗震性能设计水平、施工工艺技术等。如果市政桥梁建设地点位于地震易发区，不充分地考虑抗震性能设计，做好桥梁的抗震工作，桥梁就很容易因地震而遭受严重损害甚至出现倒塌等恶性事故。在实践中，各地都高度重视市政桥梁的抗震设计工作，但总体而言，仍存在部分问题，因此，研究市政桥梁的抗震性能设计有着十分重大的现实意义。抗震设计水平对市政桥梁建成后的实际抗震性能有着明显的影响，因此，需对市政桥梁抗震设计中的常见问题及优化对策进行深入研究。

1、市政桥梁抗震性能化设计的作用

地震虽然是偶然荷载，但是，几乎全国所有的省市均发生过地震甚至是强震作用，造成了极大的生命财产损失。一旦地震发生时，市政桥梁正是一座城市内一颗跳动的心脏，但城市内多数桥梁由于抗震能力薄弱，而发生结构倾覆、断裂甚至垮塌，那么逃生以及救援的生命线就会被截断，造成难以挽回的伤害，因此，抗震设计在市政桥梁设计中，有着举足轻重的作用。合理的抗震设计，可以使桥梁在运营期间遇到地震作用时，受到有效保护，不会发生移位、变形甚至是桥梁上部结构倾覆、落梁或桥梁下部破坏引起的桥梁整体垮塌。即使是在地震不曾发生的常规运营过程中，也能减少桥梁在各类外界环境及自身运营过程中受到的震动影响，避免因各类震动引起桥梁结构的损伤与破坏[1]。尤其是抗震措施的合理选用，对于整座桥梁的投资并不会造成太大的影响，但所起到的减震、隔震、抗震的效果，对于桥梁自身的品质及性能而言，却能得到明显的提升，桥梁的质量及寿命也能得到很好的延长。

2、市政桥梁抗震性能化设计探究

2.1桥梁结构抗震体系

在市政桥梁中，混凝土桥梁是占比极大的桥梁类型，混凝土桥梁主要适用两种桥梁结构抗震体系，即延性抗震设计和减隔震设计。其中，延性抗震设计主要利用的是结构的塑性变形，以达到消减地震能量的目的，具体到混凝土桥梁上，塑性铰的位置通常会用在桥梁墩柱上，这是因为桥梁墩柱作为延性构件设计，具有较好的弹塑性变形能力，更好地消减地震能量。常见的独柱墩或双柱墩的混凝土桥梁结构的塑性铰区域如下图1。

图1 混凝土桥梁塑性铰区域示意图

除延性抗震设计之外，减隔震设计主要是利用桥梁上部结构与下部结构之间的橡胶支座、阻尼器等耗能装置的塑性变形，以达到消减地震能量的目的。其设计的特点，是使桥梁的塑性变形，只发生在这类连接构件上，而桥梁其他部位不发生塑性变形。同时，需要注意的是，采用减隔震设计的桥梁，相较于延性抗震设计的桥梁，会发生更大的变形，因此，需要采取必要的梁体限位措施，以确保桥梁的安全。

2.2静力法

在对市政桥梁进行抗震设计时，可以使用静力方法，假如各个物体与各个部位之间的地震震动相同，结构方面的影响仅限于地面运动或物质质量引起的惯性力等，应当在实际设计方案时，需忽略进容运动的特点及结构动力性等因素，可以利用地震惯性力来对结构内力进行分析。从动力学角度来看，地震的速度仅作为结构破坏过程中的一个单一因素，存在一定的局限性，同时也要考虑动力特征的影响，当只有结构物的基本特性时，其周期比地面卓越周期小时，当地震发生时，桥梁的结构不会受到任何损害[2]。因此，在实际工作中，应加强对静立法的有效认识和了解，可以将抗震计算方面的工作要点融入其中，从而使抗震设计效果得到全面提升。

2.3高阻尼支座的应用

高阻尼隔震橡胶支座设计，需采用硫化工艺，以特制橡胶为基础材料，与钢板硫化制成高阻尼隔震橡胶支座。在地震发生后，可充分利用橡胶特性有效吸收能量，这样尽管处于强烈的地震环境中，但其依然能够削减结构的内应力。为提高其阻尼力，可用双线性恢复力模型加以模拟，充分考虑钢板和橡胶材料的特性，还可以加入各种配合剂，避免橡胶老化，以提高其阻尼力。在采用高阻尼隔震橡胶支座后，通过将隔震层分别布置于该桥下部结构和上部结构中，若有地震作用，则该桥上、下部结构呈孤立状态，隔震支座的滞回效能可以使桥墩所受剪力和弯矩得到减小，墩顶纵向位移和横向位移也随之降低，能够起到很好的减隔震作用，从而提升桥梁的稳定性[3]。

3、加强市政桥梁抗震性能化设计的措施

3.1桥位及桥型的选择

对于市政桥梁工程而言，由于施工现场环境比较复杂，不同地势下的地理条件往往会存在一定的差异，因此，在开展桥位选择工作中，应当在不影响路线总体设计的前提下，选择地质条件较好的位置建设桥梁，避免将桥梁工程建设在地震发生后结构容易发生破坏的松动地基上，尽可能在基岩或者坚硬碎石结构处建设桥梁。另外，桥梁选型设计也会直接影响到市政桥梁工程的整体抗震性能，在桥型选择工作开展过程中，应切实满足工程建设要求，选择具备较高抗震性能的桥型。如结构稳定的大跨度连续桥梁、伸缩缝较少或者隔震减震效果良好的新型钢桁架桥梁，确保桥梁工程能够在满足基础交通建设成本管控要求的前提下，选择更为先进的抗震桥型结构，降低后续市政桥梁工程维护维修问题发生的概率。

3.2结构和构件的强度与延性的均衡

强度和伸缩性是判断结构抗震设计能力的二种主要参数。一般来说，当构造所具备的伸缩性水平越高，则相应的设计震害力就可能取得越小，而构造需要的结构刚度也就越低。相反，当构造所具备的结构强度越高，构造所需要具备的伸缩性水平则越低。通常情况下，构件所经受的非弹性变化越大，其损伤程度也就越高。因此，在设计抗震构件时，一定要在刚度与延性水平之间达到合理的平衡。

3.3合理选择材料

应合理地选择建筑材料，科学地设计结构。首先，在选材上必须根据区域实际条件选择抗弯曲力强、承载能力高的材料。其次，在设计时，应选择稳固性强的三角结构，使建筑桥梁工程防震性有保证。另一方面，要建立抗震防线，使建筑桥梁工程结构内的结构得到有效的抗震保护，在地质灾害情况下，抗震防线能起到至关重要的作用，能够预防市政桥梁工程发生坍塌。

4、结语

综上所述，地震会对市政桥梁的正常使用产生不利的影响，在外界因素的影响下还会加剧对桥梁结构的损害。为了可以提升市政桥梁的安全性、稳定性，相关设计人员要加强对市政桥梁抗震的设计和抗震加固的重视，应从各个细节入手，落实桥梁的加固工作，从而减少自然灾害对桥梁使用的不利影响，在最大程度上保护人民的生命财产安全，减少经济损失。

参考文献：

[1] 李伟.市政桥梁设计中抗震性能化设计分析[J].建筑技术开发，2020，47(9)：116-117.

[2] 李永红.市政桥梁设计中减隔震设计要点分析[J].现代物业（中旬刊），2020（7）：50–51.

[3] 赵文.市政桥梁设计中减隔震设计要点分析[J].绿色环保建材，2019（9）：99，102.