時(shí)間：2022-10-22 00:00:51
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大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的非線性可分為材料非線性(又可稱(chēng)為物理非線性或彈塑性)和幾何非線性?xún)煞N，一般情況下結(jié)構(gòu)的幾何非線性可通過(guò)考慮所謂的P-效應(yīng)來(lái)進(jìn)行在結(jié)構(gòu)非線性地震反應(yīng)分析的計(jì)算理論研究方面，備受關(guān)注的是結(jié)構(gòu)的彈塑性分析，這不僅是因?yàn)橄鄬?duì)于幾何非線性而言，結(jié)構(gòu)的彈塑性性能對(duì)于結(jié)構(gòu)的抗震性能影響較大，而且更由于問(wèn)題的復(fù)雜性。所以國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者針對(duì)后者開(kāi)展了大量的研究工作。在大跨度公路橋梁彈塑性地震反應(yīng)分析的力學(xué)模型中，根據(jù)各種構(gòu)件的工作狀態(tài)，將結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為桿系結(jié)構(gòu)是合理的，同時(shí)對(duì)計(jì)算而言也是非常經(jīng)濟(jì)的。若按構(gòu)件所處的空間位置可把力學(xué)模型分為平面模型和空間模型兩種。若按模型中所采用的單元應(yīng)力水平的種類(lèi)來(lái)分，又可分為微觀模型(采用應(yīng)力空間)和宏觀模型(采用內(nèi)力空間)兩種。由于微觀模型要求將結(jié)構(gòu)劃分為足夠小的單元，盡管很有效但所需的計(jì)算量較大，只適用較小規(guī)模的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的非線性分析，因此在實(shí)際工作中應(yīng)用的范圍比較有限，所以這里僅按前一種分類(lèi)方法來(lái)加以討論。
在結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)分析中，構(gòu)件恢復(fù)力模型的確定是基本的步驟而構(gòu)件的恢復(fù)力關(guān)系又集中反映在滯回特性曲線上，基本指標(biāo)有曲線形狀、骨架曲線及其特征參數(shù)、強(qiáng)度、剛度及其退化規(guī)律、滯回耗能機(jī)制、延性和等效滯回阻尼系數(shù)等。國(guó)內(nèi)外在這方面已進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究并取得了相應(yīng)的研究成果。在平面模型中，根據(jù)所采用的塑性鉸類(lèi)型可把它分為集中塑性鉸模型和分布塑性鉸模型兩大類(lèi)。在集中塑性鉸模型中，有代表性的一種是Clough等于1965年提出的雙分量單元模型，該單元模型采用兩根平行桿來(lái)模擬構(gòu)件，其中一根用來(lái)表示具有屈服特性的彈塑性桿，另一根用來(lái)表示完全彈性桿，非彈性變形集中于桿件兩端的集中塑性鉸處，該模型的最大不足是不能考慮構(gòu)件剛度退化。另一種有代表性的是1969年Giber-son提出的單分量模型，它克服了Clough雙分量模型的不足，同時(shí)只用兩個(gè)桿端塑性轉(zhuǎn)角來(lái)刻劃桿件的彈塑性性能，而桿件兩端的彈塑性參數(shù)又是相互獨(dú)立的，因此應(yīng)用起來(lái)較為簡(jiǎn)便。其缺點(diǎn)是基本假設(shè)中有地震過(guò)程中反彎點(diǎn)不能移動(dòng)的限制，所以對(duì)一些與基本假設(shè)不甚相符的特殊情況其使用的合理性就受到了限制。
二、多點(diǎn)激振效應(yīng)
通常橋梁結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析是假定所有橋墩墩底的地震運(yùn)動(dòng)是一致的。而實(shí)際上，由于地震機(jī)制、地震渡的傳播特征、地形地質(zhì)構(gòu)造的不同，使得入射地震在空間和時(shí)間上均是變化的。即使其他條件完全相同，由于地面上的各點(diǎn)到震源的距離不同，它們接收到的地震波必然存在著時(shí)間差(相位差)，由此導(dǎo)致地表的非同步振動(dòng)。這一點(diǎn)已被地震觀測(cè)結(jié)果所證實(shí)。因此，多點(diǎn)地震輸入是更合理的地震輸入模式。特別是大跨度橋梁結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)卣鸩ǖ牟ㄩL(zhǎng)小于相鄰橋墩的跨度時(shí)，入射到各墩的地震波的相位是不同的，由于在橋長(zhǎng)范圍內(nèi)各墩下的基礎(chǔ)類(lèi)型和周?chē)膱?chǎng)地條件可能有很大的差別，因此入射到各墩的地震波的波形也可能是不同的。有關(guān)實(shí)際震害表明，入射地震波的相位差可增大橋跨落梁的危險(xiǎn)性。所以就地震波傳播過(guò)程中的多點(diǎn)激振效應(yīng)進(jìn)行研究是有很大的實(shí)際意義的。
從概念上看，僅考慮入射地震波的相位變化情況屬于行波效應(yīng)分析問(wèn)題。若再考慮地震波的波形變化就屬于地震波的多點(diǎn)輸入問(wèn)題。從計(jì)算方法上看，由于多點(diǎn)地震輸入算法與同步激振的計(jì)算方法不同，因此必須重新推導(dǎo)結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力平衡方程。美國(guó)學(xué)者Penzien和Clough于1975年推導(dǎo)了多自由度體系考慮地震波多點(diǎn)輸入時(shí)的動(dòng)力平衡微分方程及求解方法，通過(guò)所謂的影響矩陣，實(shí)現(xiàn)了地震波的多點(diǎn)輸入算法。這種方法后來(lái)被廣泛應(yīng)用，目前所有考慮地震波多點(diǎn)輸入的結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)時(shí)程分析算法均以此為基本出發(fā)點(diǎn)。
綜上所述，大跨度公路橋梁的多點(diǎn)激振效應(yīng)分析是一個(gè)比較復(fù)雜的計(jì)算問(wèn)題，其復(fù)雜性一方面在于計(jì)算方法上面，更重要的是對(duì)于不同類(lèi)型的橋梁結(jié)構(gòu)體系可能有著截然不同的計(jì)算結(jié)果。因此實(shí)際計(jì)算時(shí)只能針對(duì)具體的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體的分析，不能一概而論。從計(jì)算方法上看，目前有關(guān)研究基本上仍局限于線彈性體系的多點(diǎn)激振效應(yīng)分析，而非線性多點(diǎn)激振效應(yīng)與結(jié)構(gòu)體系非線性地震反應(yīng)分析的力學(xué)模型是密切相關(guān)的．
三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
上部構(gòu)造形式的選擇，應(yīng)結(jié)合橋梁具體情況，綜合考慮其受力特點(diǎn)、施工技術(shù)難度和經(jīng)濟(jì)性。簡(jiǎn)支空心板結(jié)構(gòu)的橋型，施工方便，施工技術(shù)成熟；但跨徑小，梁高大；由于橋梁跨徑受限制，往往造成跨深溝橋梁高跨比不協(xié)調(diào)，美觀性差；上部構(gòu)造難以與路線小半徑、大超高線形符合，且高墩數(shù)量增加；橋面伸縮縫多，行駛條件差。因而，在山區(qū)大跨度中，該類(lèi)橋型一般用于地形相對(duì)平緩、填土不高的中、小橋上。預(yù)制拼裝多梁式T梁在中等跨徑橋中具有造價(jià)省、施工方便的特點(diǎn)，其造價(jià)低于整體式箱梁，是中等跨徑直梁橋的常用橋型。但對(duì)于曲線梁來(lái)說(shuō)，T梁為開(kāi)口斷面，抗扭及梁體平衡受力能力均較箱梁差，曲梁的彎矩作用對(duì)下部產(chǎn)生的不平衡力大。但當(dāng)曲線橋的彎曲程度較小時(shí)，曲線T梁橋采用直梁設(shè)計(jì)，以翼緣板寬度調(diào)整平面線形，可減少曲梁的彎扭作用，在一定程度上可彌補(bǔ)曲線T梁橋受力和施工上的不足。雖然直線設(shè)置的曲線橋仍有部分恒載及活載不平衡影響及曲線變位存在，但較曲線梁小。此外，可以采取加強(qiáng)橫向聯(lián)系的措施，提高結(jié)構(gòu)的整體性。對(duì)于大跨徑橋梁，最好采用懸臂澆筑箱梁。但是對(duì)于中等跨徑的橋梁，箱梁橋不論采取何種施工方式，費(fèi)用都較高，與預(yù)制拼裝多梁式T梁相比，處于弱勢(shì)。
下部結(jié)構(gòu)應(yīng)能滿足上部結(jié)構(gòu)對(duì)支撐力的要求，同時(shí)在外形上要做到與上部結(jié)構(gòu)相互協(xié)調(diào)、布置均勻。橋墩視上部構(gòu)造形式及橋墩高度采用柱式墩、空心薄壁墩或雙薄壁墩等多種形式。柱式墩是目前公路橋梁中廣泛采用的橋墩形式，其自重輕，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，施工方便、快捷，外觀輕穎美觀。對(duì)于連續(xù)剛構(gòu)橋，要注意把握上下部結(jié)構(gòu)的剛度比，減小下部結(jié)構(gòu)的剛度比，減小下部結(jié)構(gòu)的剛度，可減小剛結(jié)點(diǎn)處的負(fù)彎矩，同時(shí)減小橋墩的彎矩，也可減小溫度變化所產(chǎn)生的內(nèi)力。但是橋墩也不可以太柔，否則會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大變形，影響正常使用，并不利于結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。對(duì)于高墩，除了要進(jìn)行承載能力與正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算外，還要著重進(jìn)行穩(wěn)定分析。對(duì)于連續(xù)梁結(jié)構(gòu)或連續(xù)剛構(gòu)橋，各墩的穩(wěn)定性受相鄰橋墩的制約影響，應(yīng)取全橋或至少一梁作為分析對(duì)象。穩(wěn)定分析的中心問(wèn)題就是確定構(gòu)件在各種可能的荷載作用和邊界條件約束下的臨界荷載，下面以連續(xù)梁為例進(jìn)行說(shuō)明。介于梁、墩之間的板式橡膠支座，梁體上的水平力H(車(chē)輛制動(dòng)力和溫度影響力等)是通過(guò)支座與梁、墩接觸面上摩阻力而傳遞給橋墩的，它不但使墩頂產(chǎn)生水平位移，而且板式橡膠支座也要產(chǎn)生剪切變形。當(dāng)梁體完成水平力的傳遞以后，梁體暫時(shí)處于一種固定狀態(tài)，但由于軸力及墩身自重的影響，墩頂還會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生附加變形，這就使得板式支座由原來(lái)傳遞水平力的功能轉(zhuǎn)變?yōu)榈挚苟枕斃^續(xù)變形的功能，支座原來(lái)的剪切變形先恢復(fù)到零，逐漸達(dá)到反向的狀態(tài)。
四、結(jié)語(yǔ)
山區(qū)大跨度作為公路工程的一部分，很多方面需要探討。山區(qū)大跨度方案的確定應(yīng)遵循“安全、舒適、經(jīng)濟(jì)、美觀”的原則，只有把握好規(guī)律，抓住側(cè)重點(diǎn)，山區(qū)高速橋梁的布置和設(shè)計(jì)才能準(zhǔn)確無(wú)誤。
參考文獻(xiàn)
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在其他許多國(guó)家的抗震規(guī)范中，也或多或少地采用了這一設(shè)計(jì)原則，即便如此，各國(guó)規(guī)范在具體的設(shè)計(jì)程序上絕大多數(shù)仍堅(jiān)持以安全設(shè)計(jì)地震為準(zhǔn)的單一水平設(shè)計(jì)手法，并認(rèn)為第一設(shè)計(jì)水準(zhǔn)的要求自動(dòng)滿足［3］。近年來(lái)，專(zhuān)家已建議對(duì)兩個(gè)設(shè)防水準(zhǔn)的地震力都要進(jìn)行設(shè)計(jì)，這在一定程度上更加保證了橋梁結(jié)構(gòu)的抗震安全性，也是未來(lái)橋梁抗震設(shè)計(jì)的一個(gè)發(fā)展方向。理念的提出基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想是一個(gè)比較抽象的概念，它沒(méi)有明確的力的大小的物理意義，也沒(méi)有單純的材料強(qiáng)度或結(jié)構(gòu)位移的具體量化結(jié)果。因此，基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想不能比較明確的用一個(gè)參數(shù)來(lái)衡量結(jié)構(gòu)的抗震性能，它是對(duì)以往的結(jié)構(gòu)的響應(yīng)的一個(gè)綜合考量，結(jié)構(gòu)的性能往往與結(jié)構(gòu)的受力大小、強(qiáng)度或位移，耗能能力以及結(jié)構(gòu)的功能有關(guān)，更為直接地反映的是為滿足人們的正常使用要求或結(jié)構(gòu)功能性或安全性的性能綜合考量。因此，對(duì)于不同的需求和功能要求，同樣一座橋梁的抗震評(píng)估結(jié)果將有所不同［1］?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)可以簡(jiǎn)要的概括為，用總少的投入，建總可靠的橋梁。正如著名的地震工程學(xué)家胡聿賢先生所講，工程抗震不僅與工程技術(shù)有關(guān)，而且與社會(huì)經(jīng)濟(jì)密切相關(guān)?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)思想是橋梁抗震設(shè)計(jì)思想發(fā)展的一種必然趨勢(shì)，對(duì)于人類(lèi)進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展都將起到積極的作用?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)思想是一個(gè)全新的思想體系，目前已經(jīng)取得了一些研究成果，但到廣泛的應(yīng)用還有一定的距離，甚至目前都沒(méi)有形成完全統(tǒng)一的概念。但這并不妨礙基于性能的設(shè)計(jì)思想的進(jìn)一步完善。
設(shè)計(jì)方法的體現(xiàn)
傳統(tǒng)的橋梁抗震設(shè)計(jì)思想即對(duì)某一性能目標(biāo)進(jìn)行比較，如對(duì)結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)力、地震位移、結(jié)構(gòu)耗能等單一性能參數(shù)進(jìn)行考慮。從嚴(yán)格意義來(lái)講，這并不能反映結(jié)構(gòu)的真實(shí)安全性能。而基于性能的抗震設(shè)計(jì)，其目標(biāo)即為業(yè)主的期望目標(biāo)或結(jié)構(gòu)性能，包括地震動(dòng)性能目標(biāo)和結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)?；谛阅艿目拐鹦阅苣繕?biāo)，是一個(gè)對(duì)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的性能的一個(gè)綜合考慮，因此，各單一結(jié)構(gòu)性能之間的相互關(guān)系顯得十分重要而又相互制約，如連續(xù)梁橋梁結(jié)構(gòu)的梁端位移與墩底彎矩即為相互制約的關(guān)系，基于性能的設(shè)計(jì)思想即要從這兩者之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)，以達(dá)到各單一性能的充分而平衡的發(fā)揮。同時(shí)，基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想也要對(duì)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)提出要求。人們總是希望結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為目的，基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想即在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)遭受地震破壞所造成的損失、維修成本、社會(huì)影響等進(jìn)行綜合評(píng)估，這也是基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想所必須考慮的一個(gè)關(guān)鍵所在?；谛阅艿臉蛄嚎拐鹪O(shè)計(jì)是一個(gè)涉及多門(mén)學(xué)科的綜合型研究領(lǐng)域，需要對(duì)多個(gè)領(lǐng)域，如地震學(xué)、橋梁工程、經(jīng)濟(jì)等都要有一定程度的認(rèn)知才能進(jìn)行基于性能的抗震設(shè)計(jì)，這也對(duì)橋梁抗震設(shè)計(jì)工程師提出了更高的要求。
要想做好蓋梁計(jì)算工作，促使蓋梁適用性得到提升，就需要從這些方面來(lái)努力：一是簡(jiǎn)化單元：因?yàn)樯w梁的受力主要集中在彎矩、剪力和軸力，同時(shí)考慮了蓋梁的幾何長(zhǎng)度，我們用平面桿單元來(lái)進(jìn)行模擬，就可以順利開(kāi)展計(jì)算工作。二是簡(jiǎn)化荷載：通過(guò)梁體和支座，就會(huì)將物體的荷載傳過(guò)來(lái)，那么就需要對(duì)最不利內(nèi)力狀況下，汽車(chē)引起的各個(gè)支座反力給準(zhǔn)確計(jì)算出來(lái)。通過(guò)支座和梁體，將汽車(chē)荷載傳遞下來(lái)，如果需要十分準(zhǔn)確的計(jì)算蓋梁在不利情況下汽車(chē)產(chǎn)生的每個(gè)制作的內(nèi)力，需要按照這些步驟來(lái)進(jìn)行；求出T型梁支座的反力影響線，在布置車(chē)隊(duì)的過(guò)程中，需要充分考慮T型的支座反力，來(lái)決定線縱的橋向布置；為了讓橋梁擁有某種最不利的內(nèi)力，布置于順蓋梁的方向汽車(chē)的車(chē)輪，蓋梁中不同位置其最不利內(nèi)力對(duì)應(yīng)的是不同的車(chē)輪布置。結(jié)合車(chē)輪的位置，求出橫向上T梁荷載的分布系數(shù)。在計(jì)算各片T梁荷載的橫向分布系數(shù)時(shí)，也有一些問(wèn)題需要注意；T梁上的不同剪力及其橫向分布系數(shù)對(duì)應(yīng)著不同的車(chē)輪的橫向分布，T梁是相同的，剪力的橫向分布系數(shù)是不同的，并且支點(diǎn)和跨中處也需要采取不同的計(jì)算方法。三是簡(jiǎn)化邊界條件：對(duì)蓋梁和墩柱的聯(lián)結(jié)進(jìn)行模擬，結(jié)合具體受力情況，科學(xué)分析。總之，在對(duì)蓋梁計(jì)算的過(guò)程中，需要結(jié)合具體的橋梁情況，將科學(xué)的計(jì)算方法給應(yīng)用過(guò)來(lái)，這樣蓋梁適用性方可以得到提升。我們舉了簡(jiǎn)化邊界條件這個(gè)例子。眾所周知，相較于雙懸臂簡(jiǎn)支梁模型來(lái)講，連續(xù)梁模型計(jì)算的支點(diǎn)處控制彎矩比較的小，那么如果將雙懸臂的簡(jiǎn)支梁模型給應(yīng)用過(guò)來(lái)，就可以適當(dāng)?shù)南鞣逄幚碇c(diǎn)負(fù)彎矩。因?yàn)槟M的支點(diǎn)間距離會(huì)直接影響到連續(xù)梁模型的彎矩圖量值，但是我們還沒(méi)有足夠的依據(jù)來(lái)確定這個(gè)距離。對(duì)于鋼構(gòu)模型來(lái)講，支點(diǎn)處外側(cè)截面有著較大的計(jì)算彎矩，其余處和連續(xù)梁模型有著基本相同的計(jì)算結(jié)果。如果在計(jì)算過(guò)程中，將鋼構(gòu)模型給應(yīng)用過(guò)來(lái)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)支點(diǎn)處外側(cè)截面的控制標(biāo)準(zhǔn)稍微放松，就可以保證蓋梁的計(jì)算結(jié)果，同時(shí)，橋墩橫橋向的控制內(nèi)力也可以同時(shí)獲得，在橋墩設(shè)計(jì)中，需要對(duì)這些方面的內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)算，我們通常將這種方法應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)中。實(shí)踐研究表明，不僅可以將蓋梁的受力承載情況給反映出來(lái)，對(duì)于施工者的施工操作也可以發(fā)揮指導(dǎo)性作用。因?yàn)橥鈧?cè)面的內(nèi)力被懸臂部分的荷載所完全控制，那么相較于實(shí)際情況，模型中計(jì)算的懸臂長(zhǎng)度就比較小，模型的實(shí)際彎矩比實(shí)際彎矩的規(guī)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)要小，那么將控制標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)?shù)姆潘?，就可以減少資源浪費(fèi)。
2結(jié)合蓋梁預(yù)應(yīng)力，對(duì)施工材料優(yōu)化組合
在蓋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力蓋梁，需要促使施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)安全不受影響，在營(yíng)運(yùn)狀態(tài)下，蓋梁的安全性也需要得到保證。因此，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，就需要將較大噸位鋼束給應(yīng)用過(guò)來(lái)，促使有效預(yù)應(yīng)力得到提升；要分成兩批來(lái)張拉鋼束，如果有著較多的張拉次數(shù)，就會(huì)影響到正常的施工；如果有著較少的張拉次數(shù)，施工和營(yíng)運(yùn)要求無(wú)法得到滿足。對(duì)鋼筋合理布置，如果我們用骨和肉來(lái)分別比喻預(yù)應(yīng)力筋和混凝土，那么筋就是普通鋼筋，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)只有具備了普通鋼筋，方可以正常的運(yùn)行。因?yàn)樯w梁有著較大的尺寸，那么就需要對(duì)普通鋼筋的直徑嚴(yán)格控制，箍筋保證在11以上，縱筋要控制在15以上。同時(shí)，要科學(xué)加密箍筋間距，這樣承受力方可以得到提升。在橋梁施工過(guò)程中，還需要充分重視空心預(yù)制板的使用；筆者認(rèn)為，結(jié)合蓋梁預(yù)應(yīng)力，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇的空心預(yù)制板需要具備較高的強(qiáng)度，并且整片梁頂板厚度在8厘米以上；如果空心板頂板度在7厘米以?xún)?nèi)，就需要將開(kāi)倉(cāng)處理措施應(yīng)用過(guò)來(lái)，鑿除掉那些厚度不夠的部分，對(duì)芯模重新裝上，并且將補(bǔ)強(qiáng)筋增加過(guò)來(lái)，澆筑的混凝土相較于原來(lái)的混凝土，有更高一級(jí)的標(biāo)號(hào)，這樣頂板厚度方可以與設(shè)計(jì)要求所符合。采取一系列的防水處理措施，如果是空心板底板密實(shí)程度不夠，或者是沒(méi)有足夠的鋼筋混凝土保護(hù)層，有滲水漏水問(wèn)題出現(xiàn)，混凝土有著符合要求的強(qiáng)度，能夠順利通過(guò)靜載試驗(yàn)，就可以將防水措施應(yīng)用過(guò)來(lái)，在不密實(shí)的混凝土底板頂面上噴涂賽柏斯防水材料，經(jīng)過(guò)滲透化學(xué)作用，混凝土密實(shí)度和強(qiáng)度就可以得到顯著提升。如果預(yù)制空心板建筑高度比設(shè)計(jì)要求要高，那么就會(huì)對(duì)橋面鋪裝層的厚度產(chǎn)生直接影響，如果橋面鋪裝厚度與設(shè)計(jì)要求無(wú)法符合，那么就可以對(duì)墩臺(tái)帽或者墊石高度進(jìn)行調(diào)整，或者是將較厚的頂板部分給鑿除掉，如果已經(jīng)安裝了上構(gòu)，無(wú)法調(diào)整墩臺(tái)帽和墊石，可以對(duì)縱坡科學(xué)調(diào)整；將這樣的設(shè)計(jì)方法給應(yīng)用過(guò)來(lái)，工程施工質(zhì)量可以得到保證，橋梁的承載力也可以得到提升。
3結(jié)語(yǔ)
橋梁造型的關(guān)鍵在于橋行，也就是橋梁的外形。橋形的作用在于橋梁與周?chē)h(huán)境是協(xié)調(diào)統(tǒng)一的紐帶。為了保持橋形與周?chē)h(huán)境的統(tǒng)一，在設(shè)計(jì)上過(guò)程中要注意以下幾點(diǎn):
1．1協(xié)調(diào)與統(tǒng)一
所謂的“協(xié)調(diào)統(tǒng)一”，是指橋梁與周?chē)h(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一、橋梁本體構(gòu)件之間的多樣統(tǒng)一。具體的要做到兩個(gè)方面:
(1)從多樣中尋求統(tǒng)一。其為差異的統(tǒng)一和對(duì)立的統(tǒng)一兩個(gè)方面。前者是不同量的因素之間存在統(tǒng)一，比如在橋梁結(jié)構(gòu)中，支承傳力結(jié)構(gòu)、承載跨越的主體結(jié)構(gòu)以及附屬結(jié)構(gòu)三者功能不同，但是將它們組合到橋梁建筑中就要達(dá)到協(xié)調(diào)統(tǒng)一，才能保證橋梁建筑的實(shí)用;而后者則是指不同因素之間存在的統(tǒng)一，比如懸索橋的塔和索，一剛一柔，形成對(duì)比，在形態(tài)上形成強(qiáng)烈的感官效果，相互對(duì)立卻又能達(dá)到統(tǒng)一。所以在橋梁造型設(shè)計(jì)中要擅于以規(guī)律的變化組合尋求整體效果的和諧統(tǒng)一。橋梁建筑的統(tǒng)一有著其基本的原則，即“結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，橋墩簡(jiǎn)單”，具體地說(shuō)就是體現(xiàn)在兩個(gè)方面:第一，引橋和主橋的結(jié)構(gòu)體系要統(tǒng)一或相近;第二，橋墩造型要簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)形式要單一，這一點(diǎn)在立交橋的設(shè)計(jì)中尤為重要。對(duì)于拱式體系橋梁來(lái)說(shuō)，要關(guān)注主孔和兩端橋的協(xié)調(diào);對(duì)于梁式橋來(lái)說(shuō)，要關(guān)注墩臺(tái)造型與上部結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào);對(duì)于懸索體系橋梁來(lái)說(shuō)，其引橋就應(yīng)用輕型結(jié)構(gòu)。
(2)從統(tǒng)一中尋求多樣。其是一種較為簡(jiǎn)單的統(tǒng)一形式，但是在實(shí)際橋梁設(shè)計(jì)中，過(guò)多的雷同會(huì)時(shí)的橋梁變得單調(diào)，沒(méi)有特色。因此，要在統(tǒng)一中求多樣，尋求更多富有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)，以此為橋梁造型增添新穎。
1．2對(duì)稱(chēng)與非對(duì)稱(chēng)
不管是大自然，還是人類(lèi)生活中，到處充滿了對(duì)稱(chēng)的美，當(dāng)然橋梁也不例外。橋梁的對(duì)稱(chēng)既能夠表現(xiàn)出力學(xué)上的平衡，又能夠融入藝術(shù)的原理。從古代開(kāi)始，我國(guó)的橋梁就具有極好的對(duì)稱(chēng)均衡性，特別是多孔橋，橋孔的設(shè)計(jì)不僅可以省略橋墩的設(shè)計(jì)，還可以主從關(guān)系上也展現(xiàn)的很明確。橋梁造型不能一味地運(yùn)用對(duì)稱(chēng)，也要考慮設(shè)計(jì)的環(huán)境和其他因素，不然的話會(huì)使橋梁顯得呆板平庸。由于水文和地質(zhì)等原因，橋梁一般會(huì)采用非對(duì)稱(chēng)形式，以不等距離來(lái)平衡橋梁的體重，使其在空間效果上達(dá)到均衡，橋梁也會(huì)顯得生動(dòng)活潑。對(duì)稱(chēng)的美在于穩(wěn)重莊嚴(yán)，非對(duì)稱(chēng)的美在于自由靈活，只有結(jié)合地理環(huán)境、技術(shù)材料等相關(guān)因素，靈活運(yùn)用這兩種結(jié)構(gòu)，才能設(shè)計(jì)出具有魅力的橋梁建筑。
1．3比例與尺度
橋梁建筑的結(jié)構(gòu)突出，比例的協(xié)調(diào)尤為重要。一般來(lái)說(shuō)，橋梁建筑的比例包括三個(gè)方面:第一，橋梁整體結(jié)構(gòu)與局部本身的三維尺寸的關(guān)系;第二，橋梁整體結(jié)構(gòu)與局部，亦或是局部與局部之間的三維尺寸的關(guān)系;第三，通常意義上的比例。橋梁的比例關(guān)系與地形、建筑材料以及施工技術(shù)息息相關(guān)，當(dāng)這些因素按照自然規(guī)律被確定下來(lái)時(shí)，其中的尺寸比例就會(huì)成為典范。確定橋梁的比例的常用方法有幾何分析法和數(shù)學(xué)分析法。
(1)幾何分析法。幾何分析法就是以簡(jiǎn)單的幾何圖形作為基準(zhǔn)，利用幾何圖形相互之間的制約關(guān)系，來(lái)控制建筑整體，尤其是建筑外形和局部控制點(diǎn)，以獲得協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
(2)數(shù)學(xué)分析法。在數(shù)學(xué)分析法中最有名的是黃金分割比例和動(dòng)態(tài)勻稱(chēng)比例。在我國(guó)古代，三孔橋和五孔橋的跨徑布置的比例關(guān)系符合黃金分割比例。雖然在進(jìn)行橋梁整體或是局部規(guī)模尺寸時(shí)可以用以上比例關(guān)系，但是還是要注意以下兩個(gè)問(wèn)題:①橋梁的比例要同時(shí)符合結(jié)構(gòu)和力學(xué)的前提下進(jìn)行藝術(shù)構(gòu)思;②比例不是一成不變的，可以根據(jù)技術(shù)條件、功能要求以及思想主題等進(jìn)行調(diào)整。而尺度，是建筑的整體或局部在視覺(jué)上的感受與真實(shí)大小之間的關(guān)系，主要有三種，分別是與真實(shí)尺寸一致的自然尺度、建筑空間看起來(lái)比實(shí)際尺寸小的親切尺度和建筑的視覺(jué)尺寸大于實(shí)際尺寸的雄偉尺度。
1．4穩(wěn)定與動(dòng)勢(shì)
穩(wěn)定是橋梁建筑安全的基本要求，其中包括結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和視覺(jué)穩(wěn)定兩個(gè)方面。而動(dòng)勢(shì)是傳統(tǒng)上的穩(wěn)定隨著技術(shù)和結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展之后衍生出來(lái)的一種視覺(jué)穩(wěn)定，不僅可以給人視覺(jué)上的穩(wěn)定，還可以讓人們感覺(jué)橋體的力量感。
2對(duì)橋梁造型景觀設(shè)計(jì)的分析
橋梁景觀設(shè)計(jì)是為了使橋梁的建筑造型和結(jié)構(gòu)形式更加美觀。
2．1與區(qū)域環(huán)境相互協(xié)調(diào)
首先要收集基礎(chǔ)資料，比如橋位平面圖、城市規(guī)劃等，其次是了解城市內(nèi)涵，其中包含城市文化、居民的生活習(xí)性等，橋梁設(shè)計(jì)要與城市定位相符合，以確定設(shè)計(jì)主題和橋梁景觀。比如:
(1)回應(yīng)當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)條件和自然條件;
(2)充分利用當(dāng)?shù)靥厣牟牧虾湍茉?
(3)借鑒當(dāng)?shù)仄渌麅?yōu)秀建筑文化理念;
(4)突出地域經(jīng)濟(jì)性。
2．2細(xì)部構(gòu)件與結(jié)構(gòu)的相互協(xié)調(diào)
細(xì)節(jié)部分包括路燈、標(biāo)志標(biāo)線、夜景燈飾等，細(xì)節(jié)部分可以表現(xiàn)出設(shè)計(jì)師的意圖，并且還可以使橋梁更具細(xì)節(jié)藝術(shù)美感。
(1)欄桿。對(duì)于欄桿的要求不僅是富有細(xì)節(jié)美感，還要與橋梁整體協(xié)調(diào)統(tǒng)一，所以其造型要與橋形相配，這樣才能發(fā)揮欄桿的幫襯和加強(qiáng)作用，不會(huì)喧賓奪主。比如斜拉橋，斜向拉索為傘狀，欄桿就可以用相同斜度和方向的造型。
(2)照明設(shè)計(jì)。夜景照明設(shè)備只需滿足人們步行和行車(chē)的燈光需求，如果過(guò)亮，會(huì)使橋梁的光環(huán)境變得平淡，所以照明要素要能夠展現(xiàn)出主要對(duì)象。懸索橋的照明要素有主纜、鋼箱梁等，斜拉橋的照明要素有索塔、斜拉索等，照明要素之間要主次分明。
(3)鋪裝景觀。鋪裝景觀要符合環(huán)境藝術(shù)，滿足城市建設(shè)需要和人們休閑生活需要。既要滿足通車(chē)和行人的要求，又要具有色彩、圖案和質(zhì)感，另外還要考慮到后期維修工作的難易程度。
(4)橋頭建筑。橋頭建筑一般是具有藝術(shù)性或是紀(jì)念性的雕塑小品，形景點(diǎn)，還用于襯托橋梁主體。這些雕塑小品要能夠體現(xiàn)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)土人情、歷史文化，給人啟迪。
(5)視覺(jué)效果。要重視橋側(cè)的視覺(jué)效果和橋梁的附屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)也要對(duì)過(guò)橋管線進(jìn)行美化等。美化這些細(xì)節(jié)部分可提高橋梁景觀的整體藝術(shù)價(jià)值。
3結(jié)語(yǔ)
就目前的發(fā)展來(lái)看，我國(guó)的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的傾向如下：比較注重強(qiáng)度而忽視耐久性；重視強(qiáng)度極限而忽視使用極限；重視結(jié)構(gòu)的建設(shè)而忽視結(jié)構(gòu)的維護(hù)，這樣的設(shè)計(jì)傾向直接導(dǎo)致了橋梁工程事故的不斷發(fā)生，不利于和諧社會(huì)的發(fā)展。我國(guó)的橋梁設(shè)計(jì)理論和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系還有諸多需要完善的地方，在橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，尤其在橋梁施工和使用期安全性上改進(jìn)的空間還是比較大的。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中首先要選擇科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)的方案，其次是結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件和連接的設(shè)計(jì)，還要運(yùn)用規(guī)范的安全系數(shù)或可靠性指標(biāo)給結(jié)構(gòu)的安全性以最大的保障。
2我國(guó)現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)
2.1對(duì)于結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題要重視
在我國(guó)的橋梁建設(shè)過(guò)程中，很多時(shí)候都缺少建設(shè)前期所需要準(zhǔn)備、視察及考證等工作，這是一大問(wèn)題。周?chē)沫h(huán)境會(huì)在很大程度上影響到橋梁的建設(shè)和使用，不僅包括由于車(chē)輛超載而出現(xiàn)的疲勞情況，還包括橋梁結(jié)構(gòu)本身的老化和損傷。我國(guó)從上世紀(jì)九十年代有些研究者就針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性進(jìn)行了研究，但多集中在橋梁的材料及統(tǒng)計(jì)等方面，而對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)的研究卻是忽視的，還缺少以設(shè)計(jì)及施工人員為出發(fā)點(diǎn)改善橋梁的耐久性。設(shè)計(jì)人員所關(guān)注結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法比較多，而容易忽視總體構(gòu)造的設(shè)計(jì)和一些細(xì)節(jié)處的把握。結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計(jì)應(yīng)該有別于其他普通的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，就現(xiàn)階段而言，我國(guó)橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性研究應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槎糠治龆皇莻鹘y(tǒng)的定性分析。諸多研究實(shí)踐表明一座橋梁是否能夠安全使用，結(jié)構(gòu)的耐久性發(fā)揮了很大的作用，經(jīng)濟(jì)性也包含在其中。
2.2充分重視橋梁的超載問(wèn)題
超載會(huì)造成橋梁疲勞應(yīng)力幅度加大、損傷加劇，嚴(yán)重的情況下還可能引發(fā)結(jié)構(gòu)破壞事故。橋梁的超載不僅會(huì)引發(fā)疲勞問(wèn)題，還可能造成橋梁內(nèi)部損傷難以及時(shí)恢復(fù)，進(jìn)而使得橋梁在正常荷載下的工作狀態(tài)產(chǎn)生一定的變化，將威脅到橋梁的安全性和耐久性。所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)加強(qiáng)分析超載所帶來(lái)的嚴(yán)重后果，最大限度的加強(qiáng)橋梁的穩(wěn)定性。
2.3重視對(duì)疲勞損傷的研究
動(dòng)荷載是橋梁結(jié)構(gòu)所承受的車(chē)輛荷載和風(fēng)荷載的主要方面，其會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)變化的應(yīng)力，除了會(huì)引起結(jié)構(gòu)的振動(dòng)外，結(jié)構(gòu)的累積疲勞損傷也是不可忽視的方面。在橋梁建設(shè)中所使用的材料實(shí)際上均勻性和連續(xù)性都不是很理想，諸多微小的缺陷夾雜其中，在循環(huán)荷載作用下，它們會(huì)不斷發(fā)展、合并進(jìn)而形成損傷，最終形成宏觀裂紋。一旦宏觀裂紋沒(méi)有得到很好地控制，就會(huì)產(chǎn)生材料、結(jié)構(gòu)的脆性斷裂。疲勞損傷在初始階段被察覺(jué)的可能性比較小，所產(chǎn)生的嚴(yán)重后果卻是毀滅性的。所以應(yīng)該加強(qiáng)疲勞損傷的研究工作。
2.4積極借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)和成果
我國(guó)橋梁設(shè)計(jì)中存在結(jié)構(gòu)使用性能差、耐久性和安全性差等諸多問(wèn)題，這和現(xiàn)階段我國(guó)的施工質(zhì)量和管理水平不高是分不開(kāi)的，但問(wèn)題已然存在，并且在短時(shí)間無(wú)法得到有效解決，設(shè)計(jì)人員對(duì)此問(wèn)題要有一個(gè)清醒的認(rèn)識(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)上述問(wèn)題充分考慮到，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方法、恰當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)使橋梁的使用性能達(dá)到要求的標(biāo)準(zhǔn)，這才是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。尤其是橋梁的耐久性和安全性問(wèn)題與結(jié)構(gòu)體系、使用材料選擇不合理、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)處理不當(dāng)有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。針對(duì)我國(guó)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題應(yīng)積極借鑒國(guó)外的有益經(jīng)驗(yàn)，PBD就是其中之一。PBD即為性能設(shè)計(jì)，涵蓋了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的眾多方面，如變形、裂縫、振動(dòng)、耐久性等。PBD研究不僅保證了橋梁結(jié)構(gòu)在使用中的安全性，還具有很多優(yōu)良的使用性能，這其中包括壽命和耐久性、耐疲勞性、美觀等。對(duì)此，我國(guó)應(yīng)該積極借鑒其優(yōu)良方面的性能，并結(jié)合我國(guó)橋梁設(shè)計(jì)的實(shí)際和使用過(guò)程中的具體情況來(lái)最終尋找適合我國(guó)的設(shè)計(jì)。
3對(duì)我國(guó)現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的建議
總而言之，我們?cè)趯?duì)橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性、疲勞損傷以及橋梁超載問(wèn)題進(jìn)行必要研究的同時(shí)，還可以把研究面放得更寬一些，諸如結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠度、模糊隨機(jī)可靠度等，這樣做的目的都是為了加強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的使用性、安全性及耐久性。下面就選擇幾個(gè)方面就行分析，希望為研究人士提供參考。
3.1結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠度分析
結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠度分析其實(shí)不是一項(xiàng)容易的研究課題，具有一定的復(fù)雜性，近年來(lái)不少研究者對(duì)其從不同方面進(jìn)行了研究，并且取得了一定的研究成果。例如利用系統(tǒng)系數(shù)，主要針對(duì)結(jié)構(gòu)各種破壞水平所對(duì)應(yīng)的極限狀態(tài)不同，計(jì)算系統(tǒng)可靠度并進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法；利用蒙特卡洛法應(yīng)用重要抽樣技術(shù)最終將結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠度計(jì)算出來(lái)。另外還有研究者對(duì)系統(tǒng)可靠度界限進(jìn)行深入的研究?？偠灾?，在進(jìn)行系統(tǒng)可靠度的研究上難度系數(shù)比較大，內(nèi)容也包羅萬(wàn)象。在研究上還是有一定的上升空間的。
3.2在役結(jié)構(gòu)的可靠性評(píng)估與維修決策問(wèn)題
對(duì)在役建筑結(jié)構(gòu)的可靠性評(píng)估與維修決策正成為建筑結(jié)構(gòu)學(xué)的邊緣學(xué)科，它既包括結(jié)構(gòu)力學(xué)、斷裂力學(xué)、建筑材料科學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)等比較基礎(chǔ)的理論，還離不開(kāi)施工技術(shù)、檢驗(yàn)手段、建筑物的維修使用狀況等方面的內(nèi)容。值得注意的一個(gè)方面是對(duì)于在役結(jié)構(gòu)的可靠性評(píng)估的研究，經(jīng)典的結(jié)構(gòu)可靠性理論也可在此過(guò)程中得到更為廣泛、更有深度的進(jìn)步和發(fā)展。
3.3模糊隨機(jī)可靠度的研究
模糊隨機(jī)可靠度理論研究作為工程結(jié)構(gòu)廣義可靠度理論研究的重要內(nèi)容，在不斷健全的模糊數(shù)學(xué)理論與方法的推動(dòng)下，會(huì)得到不斷的完善和發(fā)展。
4結(jié)束語(yǔ)
關(guān)鍵詞：橋梁基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)日本規(guī)范
一、引言
近十年來(lái)，世界相繼發(fā)生了多次重大地震，1989年美國(guó)LomaPrieta地震（M7.0）、1994年美國(guó)Northridge地震（M6.7)、1995年日本阪神地震（M7.2）、1999年土耳其伊比米特地震（M7.4）、1999年臺(tái)灣集集地震（M7.6）等等。因此，專(zhuān)家們預(yù)測(cè)全球已進(jìn)入一個(gè)新的地震活躍期。隨著現(xiàn)代化城市人口的大量聚集和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，地震造成的損失越來(lái)越大。地震災(zāi)害不僅是大量地面構(gòu)筑物和各種設(shè)施的破壞和倒塌，而且次生災(zāi)害中因交通及其他設(shè)施的毀壞造成的間接經(jīng)濟(jì)損失也十分巨大。以1995年日本版神地震為例，地震造成大量高速公路及高速鐵路橋隧的毀壞，經(jīng)濟(jì)總損失高達(dá)1000億美元。
近幾次大地震造成的大量橋梁的破壞給了全世界橋梁抗震工作者慘痛的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。各國(guó)研究機(jī)構(gòu)紛紛重新對(duì)本國(guó)橋梁抗震規(guī)范進(jìn)行反思，并進(jìn)行了一系列的修訂工作。日本1995年阪神地震后，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震的基本問(wèn)題重新進(jìn)行了大量的研究，并十分重視減振、耗能技術(shù)在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。橋梁、道路方面的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范已經(jīng)重新編寫(xiě)，并于1996年頒布實(shí)施。美國(guó)也相繼在聯(lián)邦公路局（FHWA）和加州交通部（CALTRANS）等的資助下開(kāi)展了一系列的與橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范修訂有關(guān)的研究工作，已經(jīng)完成了ATC－18，ATC－32T和ATC-40等研究報(bào)告和技術(shù)指南。與舊規(guī)范相比，新規(guī)范或指南無(wú)論在設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)手法、設(shè)計(jì)程序和構(gòu)造細(xì)節(jié)上都有很大的變化和深入。
中國(guó)現(xiàn)行《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ004－89）在80年代中期開(kāi)始修訂，于1989年正式發(fā)行。隨著中國(guó)如年代經(jīng)濟(jì)起飛，交通事業(yè)迅猛發(fā)展，特別是高速公路興建、跨越大江，大河的大跨橋梁、大型立交工程以及城市中大量高架橋的興建，規(guī)范已大大不能適應(yīng)。但是目前所有國(guó)內(nèi)的橋梁設(shè)計(jì)，對(duì)抗震設(shè)計(jì)均在設(shè)計(jì)書(shū)上標(biāo)明的參照規(guī)范即是《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《鐵道工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》。與國(guó)外如日本、美國(guó)的同類(lèi)規(guī)范相比，中國(guó)現(xiàn)行《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》水準(zhǔn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外同類(lèi)規(guī)范。若不進(jìn)行改進(jìn)，則必將給中國(guó)不少橋梁工程留下地震隱患。
本文主要介紹了各國(guó)橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中基礎(chǔ)部分的抗震設(shè)計(jì)?；A(chǔ)部分對(duì)全橋的地震響應(yīng)以及墩柱力的分布均有非常重要的影響?；A(chǔ)設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致橋梁墩柱在地震中發(fā)生剪斷、變形過(guò)大不能使用等等，有時(shí)甚至是樁在根部直接剪斷破壞?；A(chǔ)設(shè)計(jì)需要考慮的方面除了基礎(chǔ)形式的選擇以外還包括抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度樁基礎(chǔ)連接部分的細(xì)部構(gòu)造、錨固構(gòu)造等方面。本文首先對(duì)中、美、日、歐洲、新西蘭五國(guó)或地區(qū)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中有關(guān)基礎(chǔ)的部分進(jìn)行了一般性的比較。筆者認(rèn)為，相對(duì)而言中國(guó)的規(guī)范在基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)方面較為粗糙、可操作性不強(qiáng)。而日本規(guī)范在這方面作的最為細(xì)致，技術(shù)也較為先進(jìn)。因此，在隨后的部分中詳細(xì)介紹了日本抗震規(guī)范的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法。
二、主要國(guó)家橋梁抗震規(guī)范基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)的概況
本文將中國(guó)橋梁抗震規(guī)范與世界上的幾種主要抗震規(guī)范（美國(guó)的AASHTO規(guī)范、Cal－tans規(guī)范、ATC32美國(guó)應(yīng)用技術(shù)協(xié)會(huì)建議規(guī)范，新西蘭規(guī)范NZ，歐洲規(guī)范EC8，日本規(guī)范JAPAN）進(jìn)行基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)方面的比較。
中國(guó)橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范有關(guān)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的部分十分籠統(tǒng)，只以若干定性的條款，從工程選址方面加以考慮，而對(duì)基礎(chǔ)本身的抗震設(shè)計(jì)，特別是對(duì)于樁基礎(chǔ)等輕型基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)重視不夠。這方面，日本的橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和準(zhǔn)則規(guī)定得比較詳細(xì)，是我們應(yīng)當(dāng)學(xué)亂之處?；谮嫔竦卣鸬慕?jīng)驗(yàn)，地震后橋梁上部結(jié)構(gòu)的修復(fù)和重建都比下部基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)和省時(shí)、省力，因此橋梁基礎(chǔ)的抗震能力的要求應(yīng)比橋墩高。
三、日本橋粱基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)方法細(xì)節(jié)
1.按流程，先用震度法設(shè)計(jì)。震度法基本概念是把設(shè)計(jì)水平震度
Kh乘以結(jié)構(gòu)Kh的計(jì)算方法如下：
其中Cz--地區(qū)調(diào)節(jié)系數(shù)；
Kh0--設(shè)計(jì)水平震度的標(biāo)準(zhǔn)值。
其中，δ是把抗震設(shè)計(jì)所確定的地基面以上的下部結(jié)構(gòu)質(zhì)量的80％或100％和該下部結(jié)構(gòu)所支承的上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量的100％之和作為外力施加到結(jié)構(gòu)上在上部結(jié)構(gòu)慣性力作用點(diǎn)位置發(fā)生的位移。
2．用震度法設(shè)計(jì)以后，如果基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是橋臺(tái)基礎(chǔ)或者橋墩的擴(kuò)大基礎(chǔ)，不需要用地震時(shí)保有水平耐力法設(shè)計(jì)。這是因?yàn)樵O(shè)計(jì)橋臺(tái)基礎(chǔ)時(shí)，地震時(shí)動(dòng)力壓力的影響非常大，此外結(jié)構(gòu)背面存在的主體也使結(jié)構(gòu)不容易發(fā)生振劾。而對(duì)于擴(kuò)大基礎(chǔ)來(lái)說(shuō)一般地基條件非常好，因此，地震時(shí)基礎(chǔ)某些部位轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生非線變形可以消耗許多地震能量。
3．用地震時(shí)保有水平耐力法設(shè)計(jì)時(shí)，首先要判斷基礎(chǔ)水平耐力有沒(méi)有超過(guò)橋墩的極限水平耐力。這是因?yàn)榈卣饡r(shí)保有水平耐力法的基本概念是盡量使地震時(shí)在橋墩而不是在基礎(chǔ)出現(xiàn)的塑性鉸。如果在基礎(chǔ)出現(xiàn)塑性鉸，發(fā)生損傷后，修復(fù)很困難。所以，我們要把基礎(chǔ)的行為控制在屈服范圍內(nèi)。
如果基礎(chǔ)水平耐力小于橋墩的極限水平耐力，則要判斷橋墩在垂直于橋軸方向的抗震能力是不是足夠大（按式（3))。因?yàn)槿绻麡蚨赵诖怪庇跇蜉S方向具有足夠大的抗震能力（例如壁式橋墩），而且基礎(chǔ)的塑性反應(yīng)在容許范圍以?xún)?nèi)，則基礎(chǔ)的非線能吸收大量的振動(dòng)能量并且基礎(chǔ)仍然是安全的。
橋墩的極限水平耐力Pu≥1.5KheW（3）
Khco--設(shè)計(jì)水平震度的標(biāo)準(zhǔn)值；
Cz--地區(qū)調(diào)節(jié)系數(shù)；
μa--容許塑性率；
W－一等價(jià)質(zhì)量（W=Wu十CpWp）；
Wu--振動(dòng)單位的上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量；
Wp--振動(dòng)單位的橋墩質(zhì)量；
Cp--等價(jià)質(zhì)量系數(shù)（剪斷破壞時(shí)1.0，剪斷破壞以外是0.5）。
4．橋墩的極限水平耐力滿足Pu≥1.5KheW時(shí)，對(duì)基礎(chǔ)塑性率進(jìn)行對(duì)照檢查。雖然基礎(chǔ)的非線行為能吸收大量振動(dòng)能量，但是對(duì)于有的基礎(chǔ)部件來(lái)說(shuō)，可能會(huì)遭受過(guò)大的損傷。所以要控制基礎(chǔ)的反應(yīng)塑性率，按如下要求：
μFR≤μFL（4）
式中μFR--基礎(chǔ)反應(yīng)塑性率；
μFL--基礎(chǔ)反應(yīng)塑性率的限度。
5．發(fā)生液化時(shí)，要降低土質(zhì)系數(shù)。隨后的計(jì)算（對(duì)照和檢查）同上述方法基本一致。
6．在地震時(shí)保有水平耐力法的流程中，最后是對(duì)基礎(chǔ)水平位移、轉(zhuǎn)角的對(duì)照和檢查。要求是基礎(chǔ)最大水平位移為40cm左右，基礎(chǔ)最大容許轉(zhuǎn)角為0.025rad左右。
方案構(gòu)思原則
從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件出發(fā)，提出滿足工程功能性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性的解決方案，并根據(jù)“環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展”的新的設(shè)計(jì)理念，在造價(jià)允許的范圍內(nèi)，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)估，最終確定一個(gè)可行的，且功能、造價(jià)、景觀、環(huán)保等各方面相對(duì)比較均衡的設(shè)計(jì)方案。方案優(yōu)化設(shè)計(jì)吉林大道設(shè)計(jì)線路為沿著黑水河?xùn)|側(cè)的山體通過(guò)。對(duì)于依河傍山的道路設(shè)計(jì)，路線中線的具置定于何處，無(wú)論是偏向山還是偏向河，中線一點(diǎn)點(diǎn)的變化都會(huì)引起很大的工程量的變化。在這種條件下，目前國(guó)內(nèi)最為常見(jiàn)的設(shè)計(jì)方案為沿山修建道路，切割坡腳，開(kāi)挖路塹，并對(duì)開(kāi)挖面進(jìn)行邊坡人工處理，這是依河傍山線路的慣常做法。一方面，路塹開(kāi)挖這種工程活動(dòng)會(huì)改變山體斜坡內(nèi)的初始應(yīng)力狀態(tài)，使坡腳剪應(yīng)力更趨于集中，開(kāi)挖的人工邊坡切斷斜坡巖體的各種結(jié)構(gòu)面，破壞了邊坡的穩(wěn)定性，一部分山體會(huì)向河流滑動(dòng)，會(huì)留下滑坡的隱患；此處崖壁由中分化的板巖或砂巖構(gòu)成，由于巖體的差異風(fēng)化，斜坡本來(lái)已是凹凸不平，如果加之裂隙水的作用，開(kāi)挖后斜坡表層巖石會(huì)發(fā)生經(jīng)常性的巖屑、巖石順坡滾落現(xiàn)象，特別嚴(yán)重時(shí)會(huì)誘發(fā)大規(guī)模的崩塌現(xiàn)象。另一方面，此處山勢(shì)陡峭聳立，如果要開(kāi)挖路塹，那么刷坡面積非常大。該地段山體綠化覆蓋率非常高，這些高原生長(zhǎng)的自然植被生長(zhǎng)期較長(zhǎng)，成活困難，高原脆弱的生態(tài)系統(tǒng)一旦破壞則不可再恢復(fù)，不僅視覺(jué)非常丑陋，而且會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境留下永久的遺憾。另一種可行的方案是將線路外移，順山勢(shì)、順河流建橋。橋梁緊貼山崖，環(huán)繞而建。這種方案能夠避免對(duì)原有山體的破壞，不僅在視覺(jué)上和諧美觀，同時(shí)也可達(dá)到保護(hù)生態(tài)的目的，但是橋梁方案每平方米的工程造價(jià)要比路塹開(kāi)挖的方案高出2倍多。在同樣滿足功能性的情況下，對(duì)比兩種設(shè)計(jì)，如果僅僅以建設(shè)時(shí)的經(jīng)濟(jì)性為出發(fā)點(diǎn)，橋梁方案的資金投入確實(shí)是高于路塹方案，路塹方案無(wú)疑是最應(yīng)當(dāng)選擇的，但是建成后的弊端也是顯而易見(jiàn)的。通過(guò)以上的分析，路塹開(kāi)挖后，一旦誘發(fā)次生災(zāi)害，危害行車(chē)安全，帶來(lái)的損失是無(wú)法估量的。如果對(duì)次生災(zāi)害進(jìn)行二次處理，那么投入也是巨大的，反而得不償失。本著體現(xiàn)“環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展”的設(shè)計(jì)新理念，設(shè)計(jì)時(shí)選擇了順山建橋、以橋代路的設(shè)計(jì)方案。這樣一來(lái)不僅可以最大限度地把工程環(huán)境的影響減到最低，而且可以得到較好的景觀效果。
橋梁方案的技術(shù)設(shè)計(jì)
因?yàn)榫€路要繞山而行，所以在此段線路形成兩處平曲線，分別為R=500m的圓曲線和R=180m、緩和曲線Ls=25m的平面曲線。為了縮短設(shè)計(jì)周期，簡(jiǎn)化施工程序，最大程度地降低工程造價(jià)，橋梁布孔采用“彎橋直做”的方式，上部采用20m簡(jiǎn)支橋面連續(xù)的預(yù)應(yīng)力空心板，該跨徑的空心板在吉林大道其他橋梁也同時(shí)應(yīng)用，可以方便地進(jìn)行模塊化預(yù)制（圖略）。全橋共11孔，分3聯(lián)布置，全長(zhǎng)226.54m，橫橋向布置9片空心板梁，橋面總寬12m。下部采用樁柱式墩臺(tái)，墩柱直徑1.4m，墩高6~12m不等，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁，樁基直徑1.5m。以上的布孔方式，使得該橋的第1~3跨處于R=500m的圓曲線內(nèi)，第5~7跨位于半徑R=180m、緩和曲線Ls=25m的平曲線內(nèi)。共需“彎橋直做”6跨。“彎橋直做”是指在曲線橋梁的設(shè)計(jì)中，用中小跨徑的預(yù)制直梁代替彎梁，平面以曲線的弦線形成折線形布置，墩臺(tái)徑向于曲線布置，然后通過(guò)調(diào)整邊板的懸臂板長(zhǎng)度、護(hù)欄和人行道的平面位置，來(lái)形成平面曲線線形。因?yàn)槎张_(tái)是徑向布置，所以每片預(yù)制板梁的長(zhǎng)度是不相等的，則有：（式略）其中，L為每片板梁外側(cè)邊緣的長(zhǎng)度(不含懸臂部分,懸臂用來(lái)形成圓曲線)；R為圓曲線半徑；d為圓曲線至每片板梁外緣的垂直距離。計(jì)算最外側(cè)板梁時(shí)，d的值即為梁體懸臂板的寬度，計(jì)算第二片板梁時(shí)，d的值即為外側(cè)板梁（含懸臂）的寬度，以此類(lèi)推可計(jì)算出任一板梁的長(zhǎng)度。緩和曲線段的計(jì)算思路與此類(lèi)似，茲不贅述。
車(chē)輛荷載計(jì)算含有多個(gè)參數(shù)，例如車(chē)重的測(cè)算、軸重、車(chē)間距等因素。因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性會(huì)影響橋梁結(jié)構(gòu)的使用期限。但是，將這些數(shù)據(jù)直接引入橋梁設(shè)計(jì)的可靠度分析會(huì)加大設(shè)計(jì)人員的工作量。所以，本文通過(guò)對(duì)各種橋梁結(jié)構(gòu)不同跨徑的計(jì)算得出詳細(xì)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，并分析這些數(shù)據(jù)，以獲得具有一定控制作用的各種荷載效應(yīng)。計(jì)算這些數(shù)據(jù)時(shí)，采用的是正常運(yùn)行狀態(tài)和密集運(yùn)行狀態(tài)兩種方式，并且采用了規(guī)定中的標(biāo)準(zhǔn)荷載效應(yīng)值的比值K和橋型結(jié)構(gòu)中不同跨徑的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)類(lèi)比、分析的方式，正常運(yùn)行時(shí)對(duì)應(yīng)的是汽車(chē)20級(jí)狀態(tài)下的荷載，密集運(yùn)行時(shí)對(duì)應(yīng)的是大于汽車(chē)20級(jí)狀態(tài)下的荷載。
1.1車(chē)輛荷載的效應(yīng)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析在對(duì)比、分析各種數(shù)據(jù)和方案后發(fā)現(xiàn)，實(shí)際測(cè)量正常運(yùn)行的車(chē)隊(duì)更符合車(chē)輛荷載的實(shí)測(cè)計(jì)算。在選擇橋型結(jié)構(gòu)時(shí)，以效應(yīng)比值進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)，相對(duì)來(lái)說(shuō)要求就沒(méi)有那么嚴(yán)格，所以說(shuō)，主要是計(jì)算橋型結(jié)構(gòu)中的簡(jiǎn)支梁和多跨連續(xù)梁。計(jì)算簡(jiǎn)支梁和多跨連續(xù)梁的目的是為了控制截面的彎矩和剪力效應(yīng)，具體的分析步驟如下：①按照國(guó)家制定的標(biāo)準(zhǔn)，在不同的橋型結(jié)構(gòu)、跨徑、效應(yīng)等計(jì)算的效應(yīng)容本中，抽取一定比例的樣本。②以一年的運(yùn)行狀況為周期，一百年的周期為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，由公式求得：FM（x）=［F（x）］T=［F（x）］100.取FM（x）的某一分位值除以現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛荷載效應(yīng)的計(jì)算值，就可以得到設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載效應(yīng)比值的無(wú)量綱參數(shù)Ks，這里取FM（x）的0.05和0.95分位值，即取［F（x）］100=0.5和［F（x）］100=0.95計(jì)算。2004年，國(guó)家在頒布的新規(guī)范中廢除了四級(jí)汽車(chē)車(chē)隊(duì)荷載，新規(guī)范中規(guī)定了公路Ⅱ級(jí)和公路Ⅰ級(jí)（即分別相當(dāng)于1989規(guī)范中的汽-20級(jí)和汽-超20級(jí)）。為了使車(chē)輛的荷載效應(yīng)計(jì)算更為簡(jiǎn)便，在精簡(jiǎn)車(chē)輛荷載等級(jí)的原則上，刪除了車(chē)隊(duì)荷載布載，并對(duì)車(chē)輛荷載和車(chē)道荷載采用了局部效應(yīng)計(jì)算和整體效應(yīng)的計(jì)算方式。
1.2新規(guī)范對(duì)重載交通車(chē)輛荷載的改進(jìn)分析
1.2.11989規(guī)范和2004規(guī)范的荷載計(jì)算對(duì)比在我國(guó)2004年頒布的新規(guī)范中，確定了橋梁沖擊系數(shù)是采用結(jié)構(gòu)基頻的方式?jīng)Q定的，從根本上改變和制約了1989規(guī)范中“橋梁沖擊系數(shù)中是通過(guò)計(jì)算跨徑來(lái)決定的”的要求。針對(duì)1989規(guī)范中只考慮原材料和跨度的因素，在2004規(guī)范中加入了橋型、連接方式和截面等結(jié)構(gòu)基頻等因素作為參數(shù)，從質(zhì)量、阻尼、剛度等方面來(lái)決定橋梁本質(zhì)。也就是說(shuō)，為了更加科學(xué)地設(shè)計(jì)橋梁，只要抓住結(jié)構(gòu)基頻的本質(zhì)，保持基頻是固定的，無(wú)論橋梁的跨度、原材料和橋型等因素有多大的區(qū)別，橋梁本身的動(dòng)力本質(zhì)都沒(méi)有大變化。
1.2.2修訂了對(duì)橋?qū)挼囊鬄榱耸褂?jì)算更加科學(xué)化、明確化，我國(guó)在2004年的新規(guī)范中加入了針對(duì)不同等級(jí)的道路、橋梁設(shè)計(jì)的車(chē)速測(cè)算，并且在設(shè)計(jì)橋梁寬度時(shí)，依據(jù)車(chē)速對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣就對(duì)我國(guó)在1989年的規(guī)范中“橋?qū)捴饕且勒丈綆X、平原、丘陵等不同地形的確定和地形本身具有的可改造性來(lái)確定橋?qū)挕钡囊?guī)定有了更進(jìn)一步的說(shuō)明，使其更加明確。
1.2.3修訂車(chē)輛荷載的劃分隨著時(shí)代的發(fā)展，為了使道路、橋梁更能適應(yīng)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的變化，在我國(guó)頒布的新規(guī)范中，在精簡(jiǎn)了四級(jí)汽車(chē)車(chē)隊(duì)荷載的基礎(chǔ)上，用公路Ⅱ級(jí)和公路Ⅰ級(jí)（即分別相當(dāng)于1989規(guī)范中的汽-20級(jí)和汽-超20級(jí)）來(lái)取代和明確車(chē)輛荷載的計(jì)算方式。為了能夠更加簡(jiǎn)單和科學(xué)地計(jì)算車(chē)輛的荷載效應(yīng)，改進(jìn)了車(chē)隊(duì)的荷載布載。其中，車(chē)輛荷載是指局部效應(yīng)計(jì)算，車(chē)道荷載是指整體效應(yīng)計(jì)算。
2結(jié)束語(yǔ)
