钟佩轩

(广西交通设计集团有限公司，广西 南宁 530029)

0 引言

随着我国经济发展水平不断提高，对于道路交通等基础设施的建设不断完善，公路桥梁工程项目在设计和施工建设中，需要前期做好设计，保证结构稳定性，提高工程施工的安全性和可靠性。中小跨径公路桥梁在实施应用中，由于跨度范围有限，更加容易受到地震的破坏，结合汶川地震公路桥梁等基础工程设施的破坏程度来看，没有进行抗震设计的中小跨径公路桥梁在遭受地震灾害时，结构破坏严重，因地震造成的公路桥梁裂缝、变形等问题，严重影响其后期使用。关于中小跨径公路桥梁抗震设计的理念、原则，以及有效的技术、方法等，均需要从工程实践的角度展开综合化的研究与探讨[1]。

1 中小跨径公路桥梁抗震设计要求

在中小跨径公路桥梁设计中，要重点进行抗震设计。根据实践研究发现，地震对公路桥梁工程的破坏性大，严重影响其工程稳定性和使用安全性。一些中小跨径公路桥梁在设计中没有考虑到抗震设计，在地震灾害中，出现的破碎、裂纹、裂缝以及变形问题极为严重，给行人以及车辆造成安全威胁。作为国家建设和城市发展的重要基础设施，公路桥梁工程项目在设计阶段，需要对其结构特点、抗震要求以及质量标准等进行综合性的研究，结合中小跨径公路桥梁抗震设计的理念和技术、方法等，提高中小跨径公路桥梁抗震设计水平，保证公路桥梁工程质量和结构稳定性，消除其抗震隐患，延长使用寿命。研究中小跨径公路桥梁抗震设计理念和设计方法，对于维护人们的出行安全、奠定经济发展基础等具有重要的影响作用。因此要求中小跨径公路桥梁抗震设计中要选用适用的设计方法，对每个环节的设计都要保证安全指标和工程结构的抗震能力、安全性能[2]。

2 中小跨径公路桥梁抗震设计理念

2.1 设计目标

中小跨径公路桥梁在项目设计的过程中，要综合其工程结构特点和适用要求，对抗震设计的基本目标和目的等予以明确。中小跨径公路桥梁抗震设计要遵循“小震不坏”“中震可修”“大震不倒”的设计理念，但是这三者之间并没有统一的界定标准，这就导致中小跨径公路桥梁抗震设计缺乏准确依据，从而直接影响到工程设计的效果。在确定中小跨径公路桥梁设计目标时，要对不同水准和等级作用下的中小跨径公路桥梁容易受到地震破坏的部位、程度进行分析，对中小跨径公路桥梁的承台、挡块、桩基础、桥墩以及支座的结构特点、抗震目标分别进行分析，确定其在抗震设计中的延性指标和抗震强度，为整体中小跨径公路桥梁抗震设计提供参照依据。

2.2 传力部分

我国在中小跨径公路桥梁抗震设计中，研究基础是围绕美国和日本等发达国家的设计规范，但同时也在此基础上对设计规范内容作适当的延伸，形成新的设计理念。由于国外的公路桥梁抗震设计规范和我国的实际情况并不完全相符，因而抗震设计效果方面并不理想，就中小跨径公路桥梁抗震设计的传力途径和传力结构分析来看，我国与美国、日本采用的设计理念也不同。美国采用的是框架支撑结构设计，日本采用的是钢支撑结构设计，而我国则是采用板式橡胶支座设计，不同的设计方法和工程结构安排，对于中小跨径公路桥梁抗震效果和性能影响不同。因而，要坚持实事求是和取长补短的原则，更新设计理念、完善设计内容，不断提高中小跨径公路桥梁抗震设计的合理性和适用性[3]。

2.3 地震参数

对于中小跨径公路桥梁抗震设计，应对地震参数进行合理的划分。这是因为在我国的不同地区，地震动参数相对较低，这就导致在抗震设计中没有考虑到大震情况，使中小跨径公路桥梁抗震设计考虑的抗震等级不够全面。例如我国的汶川地区仅仅是属于中震水平，但是发生汶川大地震后，大量建筑倒塌、损毁多是因为早期抗震参数考虑不当[4]。中小跨径公路桥梁抗震设计对于大震情况没有考虑到，导致中小跨径公路桥梁抗震性能大大下降，针对这种情况，要及时转变传统的设计理念，对中小跨径公路桥梁地震危险性进行综合分析，依据抗震结构、地震烈度等研究内容，合理划分地震参数，使中小跨径公路桥梁抗震设计理念更加先进和具有前瞻性。

3 中小跨径公路桥梁抗震设计方法

3.1 抗震计算

中小跨径公路桥梁工程项目在结构设计中，一般是采用连续梁结构，桥梁的中部墩柱是固定的盆式支座，其他的墩柱则是采用单向盆式支座和双向盆式支座[5]。在这种一联的结构中，中小跨径公路桥梁同时受到横向地震作用力和纵向地震作用力，这两种作用力都是顺桥梁方向的，并且是分别由联内各桥墩和固定支座桥墩承受的。在结构设计的过程中，可以根据《公路桥梁抗震设计细则》的内容和方法，采用反应谱方法，对中小跨径公路桥梁抗震设计的计算公式进行简化，得出计算结果后再复核。根据抗震计算，对地震参数予以确定，例如设计B类抗震设防类别，地震烈度为8级，而场地为Ⅲ类建筑场地，在这种情况下，场地系数为1.2、地震周期0.55 s，加速度峰值为0.2 g，抗震重要系数0.43。

3.2 计算结构

中小跨径公路桥梁抗震设计涉及到的知识点内容较多，且在参数设计中，对抗震计算的结构部分也要进行正确的选取[6]。中小跨径公路桥梁工程结构中包含的子结构部分较多，桥梁伸缩缝是结构分界点，在抗震计算中，不需要进行全部计算，仅需要对其中具有代表性的结构部分进行抗震分析、计算结果。抗震结构计算中，单柱墩作为设计分析的主要对象，根据计算公式，支座上部结构受横向地震作用力影响、顶面受纵向地震作用力影响，据此可以确定水平位移。在结构计算中，还可以根据弹性桩作用效应和水平位移计算公式，得出横桥向地震作用和顺桥向地震效应，综合永久效应，对桥墩在弹性状态下的结构强度值进行计算，并对最后的墩柱纵筋配置需求量予以确定。

3.3 构件设计

中小跨径公路桥梁抗震设计中的另一项重要内容就是构件设计。在地震作用中，承受地震作用的是中小跨径公路桥梁的墩柱和桩基础，在对这些主要的构件部分进行强度设计时要分别进行验算。验证桩基础强度，根据E1地震作用计算中小跨径公路桥梁配筋率，按照最不利轴力和材料标准强度，对中小跨径公路桥梁两个不同方向的极限弯矩值进行计算，根据对应的剪力值和轴力值，设计桩基础组合直径，验算弹性状态下的桩基础承载能力[7]。中小跨径公路桥梁抗震设计中对主要构件部分的设计，要使桩基础能够满足竖向荷载要求和强度要求。同时，对E1和E2不同级别地震作用下中小跨径公路桥梁延性进行设计，计算配筋率，完成对墩柱塑性铰区的箍筋配置，并在此基础上验算中小跨径公路桥梁墩柱抗剪强度。

3.4 墩柱截面

中小跨径公路桥梁的墩柱截面要合理选择，这是因为墩柱截面对抗震能力的影响较大，保持墩柱高墩和上部结构一致，可以选择四个不同墩柱截面尺寸[8]。在篇幅有限的情况下，根据中小跨径公路桥梁的墩高、桥宽以及跨径结构可以对桥梁结构进行确定，选择较大的墩柱截面，墩柱的纵向配筋会增大，弯矩值也会增加，在实际的设计中，也要相应地增加中小跨径公路桥梁基础构件尺寸。而选择较小的中小跨径公路桥梁墩柱截面时，由于抗弯强度不够，因而要通过增加截面配筋率的方法，弥补抗弯不足问题。中小跨径公路桥梁抗震设计中，要选择合理的墩柱截面，可以通过假定验算的方法，对墩柱截面面积大小进行计算，保证最终选择的截面大小合适。

4 结语

地震灾害的监测和预防难度较大，且地震灾害破坏性极大，给人们生命安全和财产等造成严重损失。地震中公路桥梁等工程设施由于早期抗震设计不当，导致挡块破碎、结构裂缝以及支座变形问题严重。加强对中小跨径公路桥梁抗震设计理念和方法的研究，对于提高中小跨径公路桥梁设计水平和工程结构质量等具有重要作用。中小跨径公路桥梁抗震设计，要明确设计目标，要遵循“小震不坏”和“中震可修”以及“大震不倒”的设计理念，这是对中小跨径公路桥梁抗震等级以及抗震能力方面的要求。在中小跨径公路桥梁抗震设计的过程中，相关人员还要搜集更多的调查资料和研究资料，对中小跨径公路桥梁结构设计的细节部分进行重点分析，保证中小跨径公路桥梁抗震设计的合理性和科学性。综合运用工程学、结构力学以及物理学的相关知识内容，在中小跨径公路桥梁抗震设计中，对各参数内容予以明确，并对中小跨径公路桥梁抗震结构进行计算，完成对中小跨径公路桥梁主要构件部分的设计。