小半径曲线梁桥减隔震设计研究

邓文婷　杜韬　李明辉

摘要：曲线梁桥作为非规则桥梁受力更为复杂，特别在地震作用下，曲线梁桥的地震反应行为有其特殊性，因此需要做好小半径曲线梁桥设计中应该重点做好减隔震设计。

关键词：小半径；曲线；梁桥；减隔震；设计

引言

由于受到城市地形、经济条件、交通功能等因素的限制，涌现出大量的小半径曲线桥梁。这种小半径桥梁虽然外形美观、使用方便，但是在设计桥梁和处理构造上工序却十分复杂。深入分析小半径曲线梁桥设计中遇到的问题，提出解决问题的对策，对提升小半径曲线梁桥的施工质量和运营效果有积极作用。

1曲线梁桥的地震反应

曲线梁桥能很好地克服地形、地物的限制，满足路线整体线形的连续与顺畅。但是与直线桥相比，曲线梁桥作为非规则桥梁受力更为复杂，特别在地震作用下，曲线梁桥的地震反应行为有其特殊性。因此，国内外学者对曲线梁桥地震行为进行了大量的研究。滕军、吕海霞等研究认为曲率半径对梁体扭矩影响较大，对梁体其他内力及墩的地震响应影响不大；黄明非对不同曲率半径单跨曲线桥模型的地震响应进行分析比较后认为，在不同方向的水平地震作用下，忽略撞击作用时的最不利输入方向为平行于弦线方向；朱东生、虞庐松等和全伟、李宏男分别基于反应谱法及弹性时程分析法推导给出了双向地震动最不利方向的确定方法；陈兴冲、侯文杰等验证了《公路桥梁抗震细则》中关于确定曲线桥地震反应最不利输入方向（相邻两桥墩连线方向和垂直于连线水平方向）对不同曲率半径的适用性；高晓安、周锡元对曲线桥在多向地震作用下的动力分析方法进行了系统的分析与对比。曲率半径、地震输入角度均是曲线梁桥地震响应的主要影响因素，然而对这两方面的研究多为线性条件下，对曲线梁桥地震作用下的非线性行为研究相对较少。

2小半径曲线梁桥减隔震设计

2.1完善抗震设计标准

桥梁抗震设计中设防标准时结构抗震设计的最基本内容。过去一段时间里，对于桥梁建设的研究者与建设工程师在抗震方面都提出分级抗震并设防原则，所谓分级抗震设防原则指的是遇到小的震动不被损毁；遇到中级震动则可能产生有限的机构或者非结构构件造成破坏；遇到大的震动会产生较严重的结构与非结构构件的破坏，但是不造成严重的人员伤亡情況；在遇到对工程场地袭击最严重的地震的作用下，桥梁结构不会倒塌。这些基本结构内容与性能目标在今天仍旧被许多设计工程采用。一般传统的做法是对结构抗震针对地震的作用水平进行设计。目前遇到的问题主要是对于各个目标都可以总结出相应的设计程序。如此一来，便有必要对当下实际中处于单一水平强度抗震设计的原则进行统一地修订，并采用多水准、多设防的目标以及多阶段的抗震设计原则。

2.2构造细节设计

在桥梁抗震设计中结构抗震设计遇到许多问题，但目前这些问题还没有可以通过定量化的方法进行解决的办法。所以，以震害经验、抗震概念的设计以及定性研究得到的结果为依据对构造细节提出要求，使桥梁结构抗震安全重要性得到保证。在国外，比如美、欧的国家已经特别重视桥梁结构抗震设计中的规范与准则。但是在我国相关的法律和法规在桥梁结构抗震设计方面还十分不足，有待对这方面的问题加强重视。

2.3延性与位移设计

在我国，传统的桥梁抗震多采用强度设计的方法，虽然有延性与位移问题的存在，但一般也是通过强度指标来间接的得到实现。当下，人们对桥梁结构抗震设计中位移发挥的重要作用越来越关注，许多专业人员以及桥梁建设工程师以位移作为抗震结构设计的参数，从而多参数抗震设计的方法得以形成。

2.4桥面结构支座设计

桥梁结构设计中对简支桥梁的结构要对桥面的连续结构进行加强，为了防止桥梁的主梁发生位移时落梁，需要有足够的加固宽度进行提供。除此之外，还应该对墩台的顶盖梁和支座的宽度进行适当的加宽，并对位移隔挡装置进行增设。对于使用橡胶支座却没有固定支座的桥跨，可以通过对移角钢或者挡轨的加设方式进行支座的抗震设计。

2.5结构跨度设计

桥梁在设计过程中不得不在地震区域进行建设时，桥梁的结构可以采用跨度相等、每联的连续跨度墩身的刚度相等比较合适。若桥梁跨度不均匀，墩身的刚度不相等就特别容易出现震害现象。若各个墩台的高度间悬差很大，在此情况下可以通过对墩顶支座的尺寸进行调整以及桩顶设置可满足墩身位移的套筒的方式对各墩的刚度进行调整，达到刚度尽可能保持一致的目的。在地震区域内的桥跨长度不宜过大，跨度越大则墩柱承受的轴向力会越大，最终会导致墩柱的延性力被降低。

2.6纵向位移设置

消能装置在烈度较高的地区进行桥梁设计时要考虑到纵向消能装置的设置，比如减震、隔震支座的采用，以及为了使桥梁的梁体与墩台可以共同受力与水平桥梁的荷载量减小可以在梁体与墩台的连接处进行结构柔性与阻力的增加。7.桥梁的墩台基础地的选定桥梁中桥梁的拱桥部位对支座的水平位移敏感度较强，但是两边桥台的不能同步激振会产生特别大的伪静力反应，有甚者会超过惯性力引起的动力反应。所以，在震区建设桥梁时拱桥墩台的基础一定要选择在整体岩盘或者类型相同的场址，使地震发生时各个支座间可以同步激振得到保证。

2.7多道防线与多阶段设计

设置多重抗震防线能够有效地抵御地震危险。桥梁设计时应该设计成多道防线，这样即使在大型地震中一道防线受到损坏或者崩塌，还有其他防线发挥作用，会对地震起到缓冲作用，这就不会使得桥梁陷入瘫痪，也为桥梁的使用安全提供了强有力的保障。

3小半径曲线梁桥减隔震设计原则

对于小半径曲线桥梁结构来说，在设计中要注意：（1）因地制宜的原则。在桥梁抗风设计方法方面，设计人员需要对建设环境进行充分考虑，例如在沙漠附近便需要对这一方面性能进行进一步加强，而在沿海风灾高发区域同样如此。（2）按照系统性的设计方法进行设计。这一方面便是设计理念中平衡理念的体现，设计人员在进行设计方法的选择时，需要考虑桥梁建设的整体情况，不能以牺牲某方面为代价对抗风性能进行提高，否则会使桥梁的质量无法达到标准，通过各类方法将桥梁各方面性能设计进行平衡，最终使其整体质量达到国家标准。（3）协调性的设计方法。桥梁的设计中需要兼备力学特性以及观赏价值，对此在跨距等方面的设计中需要侧重于前者，才可以使设计发挥最大作用。

结束语

桥梁抗震技术与加固是工程中很重要的一项，我们应该汲取国外的研究成果，然后针对我国不同地区的情况进行更改。随着科技的进步，人们对于地震的震动原理越来越熟悉，认识得越来越深，因此提升桥梁结构及预防桥梁震害技术也不断得到完善，桥梁能够很好地预防地震的破坏。在设计过程中，必须对小半径曲线梁桥结构受力特点有充分的了解，全面综合考虑各种因素对主梁及桥墩的不利影响。