【互通式立交匝道桥抗震要点浅析】匝道逆行扣3分还是12分

　　摘 要：本文以郑州市东南四环连接线互通式立交的匝道桥设计为实例，结合新颁《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008），论述了公路桥梁抗震设计的一般原则及抗震参数，提出了桥梁抗震设计流程及抗震设计需要注意的一些事项，供桥梁设计人员参考。
　　关键词：桥梁抗震；性能设计；减隔震设
　　中图分类号：[TU997] 文献标识码：A
　　1 我国地震设计现状
　　1.1 抗震概念设计研究现状
　　在桥梁抗震设计研究方面，目前国内外在减隔震技术、桥墩延性抗震设计、防落梁措施、连梁装置等方面进行了大量的研究工作。美国在1971年San Fernando地震后，美国学者对地震动对结构的效应进行了大量的研究，形成了反应谱法、时程分析、随机振动分析等一系列的地震响应计算方法。日本根据新泻和阪神两次地震的震害，也相继修订了抗震设计规范，对简支体系桥梁采用了大量的减隔震技术，采用了大量的高阻尼支座进行桥梁的减隔震设计。我国工程结构的抗震研究起步较晚，但进展迅速。通过总结历次地震震害的经验，于1989年颁布了《公路工程抗震设计规范》，2008年在汶川地震后又颁布了《公路桥梁抗震设计细则》，提出了"两水平设防、两阶段设计"的抗震设防标准，并且对延性设计、位移设计、能力保护设计、减隔震设计等提出了明确的计算方法与构造规定。
　　1.2 抗震设防思想
　　在设防标准上，新、旧规范之间基本维持相当的水平，但是在抗震设防思想上，却存在较大的差别：旧规范在采用的是参照一个设防水平的地震参数确定地震作用，应用线弹性设计方法进行抗震设计和验算，即一水准设防、一阶段设计；新规范针对两个设防水平的地震参数来确定地震作用，即二水准设防、二阶段设计。按照上述抗震设防思想，在实际的具体化操作中，新规范一是按照桥梁的重要性程度将有关桥梁的抗震设防划分为A、B、C、D4个类别，按照所划分的桥梁类别有区别的实施抗震设防；二是按照地震重现期的不同设计将地震划分为E1和E2地震以对应两个不同水平的抗震设防标准；三是针对近几十年来有关震害经验所表明变形能力和耗能能力不足是桥梁倒塌的主要原因，新规范通过延性设计保证结构在罕遇地震作用下的变形能力是较大的改进。在上述新规范所注重的三方面，旧规范中的桥梁结构均采用单一水准的设计地震是难以表现出的，因而，在抗震设防思想方面，新规范相较于旧规范具有较大水准的提高。
　　2 项目概述
　　2.1 项目简介
　　本项目起自东南四环连接线与G107辅道交叉处，向东北与规划的G107辅道南延线相交（远期规划为互通式立交），之后下穿郑西铁路客运专线，与规划经南八路（烘云路）相交，下穿石武铁路客运专线后，继续东行与在建的南三环东段、规划中的经开第十五大街（中天路）、规划中的经开第十七大街平面交叉，终于东南四环连接线与G107线郑州段改建工程交叉处，并在此处设互通式立交一处，一期仅实施一条左转匝道（东-北）。路线全长4.373公里。
　　本项目在大燕庄村东南与G107线郑州段改建工程（四港联动大道）交叉。拟在此处设置互通式立体交叉一座，立交型式为半直连式T形互通。
　　2.2 桥梁概况
　　全桥4联，桥跨布置为3×30+4×30+3×30+4×18m，全长377m。墩台径向布置。桥面布置为（净12.5+2×0.5m防撞护栏）。上部结构第一至三联为预应力钢筋混凝土现浇连续箱梁，第四联为普通钢筋混凝土连续箱梁，单箱双室；下部结构为柱式桥墩，柱式及肋式桥台，钻孔灌注桩基础。
　　3 抗震设计参数
　　桥梁结构的刚度、强度和延性，是桥梁抗震设计的3个主要参数。
　　3.1 刚度
　　为了正确可靠地计算结构在地震侧向力作用下的变形，进而控制其变形，工程师必须估算出结构的实际刚度。这个量值把荷载或作用力与结构的变形联系起来。对结构刚度的估计值将直接影响到对结构地震反应位移的预期值。过去往往使用全截面刚度代替开裂截面刚度，因而人为低估了结构的地震反应位移，导致地震中出现落梁震害的严重后果。
　　3.2 强度
　　如果要保证桥梁结构在预期的地震作用下免遭破坏，结构就必须具有足够的强度，以抵抗结构在其弹性地震反应时所产生的内力。对于发生概率很低的地震，如475年一遇的地震（部规规定的设防地震），结构为抵抗其激起的弹性地震力，需要相当高的强度。对于一般性桥梁，如果确实这样做的话，则意味着在经济上的极大浪费。因此，实际上在设计时，强度通常只取对应弹性地震力的一小部分，如25%～50%，并依靠结构的非弹性变形能力，使结构在地震中得以幸存。
　　3.3 延性
　　为了把严重的破坏降低到最低限度，并确保带有适度抗倒能力的桥梁免于倒塌，当大地震迫使桥梁产生大变形时（这些变形可能远远超出了弹性范围），结构仍能维持其大部分初始强度。结构、构件或材料用于抵抗其在非弹性反应范围内的变形的能力，通常用延性这个术语来描述。延性是位于地震区的桥梁结构所必须具备的一个无比重要的特性。结构能够依靠其延性在大地震中免于倒塌，其根本原因在于地震动对结构的作用是以运动方式、而非力的方式出现。
　　4 桥梁抗震设计
　　4.1 抗震设计流程
　　4.1.1 建立三维空间动力分析计算模型（考虑桩基础的影响）。
　　4.1.2 计算和分析结构模型的动力特性。
　　4.1.3 进行结构抗震的概念设计。
　　4.1.4 用反应谱方法计算结构模型的地震反应。
　　4.1.5 用时程分析法进行结构地震反应分析。
　　4.2 桥梁抗震设计注意事项
　　4.2.1 尽量将桥轴线设计成直线，曲线梁使结构地震反应复杂化，尽可能使桥台和桥墩与桥轴线垂直，斜交会引起转动响应而增大位移。
　　4.2.2 尽量少用伸缩缝，将桥面做成连续的，简支梁地震时容易落梁。
　　4.2.3 基础尽可能建在岩石或坚硬冲击土上，软土或砂土易于放大结构的位移响应，且软土有震陷、饱和砂土有液化等地质地震灾害。
　　4.2.4 沿纵、横桥向的桥墩刚度尽可能一致，刚度变化太大，地震时，较刚性的桥墩容易破坏。
　　4.2.5 能用小跨径尽可能不用大跨径，地震作用下，大径桥梁墩柱轴向力大，使得墩柱的延性能力降低。
　　4.2.6 塑性胶应设置在墩柱上，易于观察和修复；不设计在盖梁、主梁、水中或地下的的桩顶处，不便观察和修复。
　　4.2.7 材料和结构型式的选择应遵循以下原则：
　　①材料重量比要大（轻质高强）；②变形能力要大（耗能的需要）；③强度和刚度的衰减要小（地震作用是反复作用的）；④结构整体性要好（地震时不易脱落）；⑤造价要合理。
　　4.2.8 设置多道抗震防线，尽可能用超静定结构，避免使用静定结构。
　　4.2.9 防止脆性与失稳破坏，增加结构延性。
　　4.3 该互通式立交桥桥梁抗震设计
　　本路区内地震动峰值加速度为0.15g，对应地震烈度为Ⅶ度，构造物设计时严格按相关标准设防。
　　4.3.1 保持桥梁纵横向刚度的一致性。
　　4.3.2 在圆曲线处，桥梁采用18米普通钢筋混凝土箱梁，即小跨径箱梁。
　　4.3.3 在盖梁两端现浇25cm宽、60cm高的防止梁板侧向位移的钢筋混凝土防震挡块；为吸收部分地震能量，减少地震引起的结构间碰撞破坏，防震挡块上粘贴2cm厚橡胶块，盖梁宽度满足抗震细则的构造要求。
　　4.3.4 结构上根据规范要求及结构计算加密箍筋间距，加长箍筋弯钩长度，保证结构安全，立柱和基桩钢筋进行了加密。
　　4.3.5 采用抗震性能好的支座。
　　结语
　　本文介绍了当前桥梁抗震设计的原则，设计参数及桥梁抗震设计的流程，最后提出桥梁抗震设计的几点注意事项，供桥梁工程设计人员参考。
　　参考文献
　　[1]范立础，卓卫东.桥梁延性抗震设计[M].北京：人民交通出版社，2001.
　　[2]范立础，王志强.桥梁减隔震设计[M].北京：人民交通出版社，2001.