關于匝道橋的抗震概念設計

薛阿暢

【摘 要】橋梁是交通生命線工程的重要組成部分，地震后，如果橋梁發生破壞，則將阻礙及時的救災行動，加重次生災害，不僅導致人民生命財產的直接或間接損失，還影響到災后的恢復與重建。因此，橋梁的抗震設計歷來受到人們的重視。

【關鍵詞】匝道橋；抗震概念；設計

引言

抗震概念設計是不著眼于抽象的計算模型、計算方法、計算數值、計算結果，而是著眼于橋梁結構的總體地震反應。即從地震時橋梁的破壞機理和破壞過程的角度，來調整橋梁結構設計方案的整體布局，從根本上提高結構整體抗震性能。其內容包括：合理選址、橋梁的總體布置的合理性、結構延性的考慮、多道設防等各個方面。

一、我國地震設計現狀

（一）抗震概念設計研究現狀

在橋梁抗震設計研究方面，目前國內外在減隔震技術、橋墩延性抗震設計、防落梁措施、連梁裝置等方面進行了大量的研究工作。美國在1971年San Fernando地震后，美國學者對地震動對結構的效應進行了大量的研究，形成了反應譜法、時程分析、隨機振動分析等一系列的地震響應計算方法。日本根據新瀉和阪神兩次地震的震害，也相繼修訂了抗震設計規范，對簡支體系橋梁采用了大量的減隔震技術，采用了大量的高阻尼支座進行橋梁的減隔震設計。我國工程結構的抗震研究起步較晚，但進展迅速。通過總結歷次地震震害的經驗，于1989年頒布了《公路工程抗震設計規范》，2008年在汶川地震后又頒布了《公路橋梁抗震設計細則》，提出了"兩水平設防、兩階段設計"的抗震設防標準，并且對延性設計、位移設計、能力保護設計、減隔震設計等提出了明確的計算方法與構造規定。

（二）抗震設防思想

在設防標準上，新、舊規范之間基本維持相當的水平，但是在抗震設防思想上，卻存在較大的差別：舊規范在采用的是參照一個設防水平的地震參數確定地震作用，應用線彈性設計方法進行抗震設計和驗算，即一水準設防、一階段設計；新規范針對兩個設防水平的地震參數來確定地震作用，即二水準設防、二階段設計。按照上述抗震設防思想，在實際的具體化操作中，新規范一是按照橋梁的重要性程度將有關橋梁的抗震設防劃分為A、B、C、D4個類別，按照所劃分的橋梁類別有區別的實施抗震設防；二是按照地震重現期的不同設計將地震劃分為E1和E2地震以對應兩個不同水平的抗震設防標準；三是針對近幾十年來有關震害經驗所表明變形能力和耗能能力不足是橋梁倒塌的主要原因，新規范通過延性設計保證結構在罕遇地震作用下的變形能力是較大的改進。在上述新規范所注重的三方面，舊規范中的橋梁結構均采用單一水準的設計地震是難以表現出的，因而，在抗震設防思想方面，新規范相較于舊規范具有較大水準的提高。

二、橋梁的總體布置

（一）上部結構

由于匝道橋很多是彎、窄橋，其在荷載作用下，包括靜力荷載和動力作用，上部結構的扭矩較大，上部結構受力處于彎扭耦合狀態，故需要采用抗扭剛度較大的截面，且橋梁上部結構的整體性要好。因此，對于匝道橋，特別是在小半徑曲線上的匝道橋，宜采用箱形截面（跨度相對較大時）或者實心截面（跨度相對較小時）。也正是因為如此，為增加剛度和穩定性，上部結構宜采用連續結構。所以，對于匝道橋，上部結構采用連續箱梁，或者連續實心板，或者類似的閉合截面，將有效地提高其抗震性能。

（一）下部結構

1.橋墩的形式。

匝道橋一般相對較窄，橋墩一般采用雙柱墩或者獨柱墩，橋墩的剛度相對較小。在地震作用下，墩身的彎矩和剪力一般不大，但是位移相對較大，如有較好的限位措施，對于抗震來說，未必是不利的。而對于小半徑匝道橋來說，地震作用下，可能會導致橋墩產生較大的扭矩，故橋墩的墩身宜采用抗扭剛度相對較大且整體性較好的結構，如獨柱實心墩或者空心墩。如采用雙柱式墩，應對其進行全橋空間地震響應分析，對關鍵部位進行加強。

2.橋墩的剛度。

對于連續梁橋，同一聯內各橋墩的高度不同而導致其抗推剛度相差較大，則水平地震力在各墩間的分配不均衡，剛度大的墩將承受較大的水平地震力，嚴重時可能導致剛度較大的橋墩發生破壞，從而導致全橋的損毀。如果剛度扭轉中心和質量中心偏離，上部結構還將伴隨產生水平轉動，又可能導致落梁或者上部結構的碰撞。而匝道橋恰好容易符合這兩個條件：縱坡較大，橋墩高差將會比較大；在小半徑曲線上，地震作用下可能會出現上部結構的水平轉動。

3.橋墩的強度。

如果要保證橋梁結構在預期的地震作用下免遭破壞，結構就必須具有足夠的強度，以抵抗結構在其彈性地震反應時所產生的內力。對于發生概率很低的地震，如475年一遇的地震（部規規定的設防地震），結構為抵抗其激起的彈性地震力，需要相當高的強度。對于一般性橋梁，如果確實這樣做的話，則意味著在經濟上的極大浪費。因此，實際上在設計時，強度通常只取對應彈性地震力的一小部分，如25%～50%，并依靠結構的非彈性變形能力，使結構在地震中得以幸存。

4.橋墩的延性。

為了把嚴重的破壞降低到最低限度，并確保帶有適度抗倒能力的橋梁免于倒塌，當大地震迫使橋梁產生大變形時（這些變形可能遠遠超出了彈性范圍），結構仍能維持其大部分初始強度。結構、構件或材料用于抵抗其在非彈性反應范圍內的變形的能力，通常用延性這個術語來描述。延性是位于地震區的橋梁結構所必須具備的一個無比重要的特性。結構能夠依靠其延性在大地震中免于倒塌，其根本原因在于地震動對結構的作用是以運動方式、而非力的方式出現。

三、橋梁抗震設計

（一）橋梁抗震設計注意事項

盡量將橋軸線設計成直線，曲線梁使結構地震反應復雜化，盡可能使橋臺和橋墩與橋軸線垂直，斜交會引起轉動響應而增大位移。

盡量少用伸縮縫，將橋面做成連續的，簡支梁地震時容易落梁。

基礎盡可能建在巖石或堅硬沖擊土上，軟土或砂土易于放大結構的位移響應，且軟土有震陷、飽和砂土有液化等地質地震災害。

塑性膠應設置在墩柱上，易于觀察和修復；不設計在蓋梁、主梁、水中或地下的的樁頂處，不便觀察和修復。

（二）該互通式立交橋橋梁抗震設計

該互通式立交橋橋梁抗震設計本路區內地震動峰值加速度為0.15g，對應地震烈度為Ⅶ度，構造物設計時嚴格按相關標準設防。

在圓曲線處，橋梁采用18米普通鋼筋混凝土箱梁，即小跨徑箱梁。4.3.3在蓋梁兩端現澆25cm寬、60cm高的防止梁板側向位移的鋼筋混凝土防震擋塊；為吸收部分地震能量，減少地震引起的結構間碰撞破壞，防震擋塊上粘貼2cm厚橡膠塊，蓋梁寬度滿足抗震細則的構造要求。

四、結語

立交匝道橋由于其特殊性，在抗震設計中應予以特別關注。本文針對匝道橋梁的特點進行分析，結合工程實例，闡述了此類橋梁的抗震概念設計的重要理念和方法。

參考文獻：

[1]李睿，俞進，楊忠恒.山區梁橋高墩的抗震概念設計[J].公路，2007，（4）：100-103.

[2]宋曉東，李建中.山區橋梁的抗震概念設計[J].地震工程與工程振動，2004，（2）：92-95.