高震区中小跨桥梁下部结构标准化设计方法

唐学军

（甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司，甘肃兰州 730030）

0 引 言

由于地震参数、地形、地质条件等存在诸多不确定性因素，下部结构通用化难度较大，国内各设计院均未形成完善的下部结构通用图。本文以兰州市南绕城高速公路为例，在继承现有研究成果的基础上，进一步研究并推行高震区中小跨度桥梁的标准化设计。

1 细分场地类别、制定相适应的下部结构通用图

兰州市南绕城高速公路地质以黄土、砂岩和泥岩为主，该路前40 km黄土覆盖层较厚，地质条件较差，场地类别为Ⅲ类；40 km以后黄土覆盖层较薄，桩基多嵌入中风化岩层，场地类别为Ⅱ类，Ⅱ类场地特征周期0.5 s，Ⅲ类场地特征周期0.7 s。

场地类别对结构受力影响较大，中下跨预制小箱梁桥结构自振周期处于反应谱曲线下降段，特征周期对地震力的影响呈指数规律变化。根据有限元分析结果，Ⅲ类场地地震力水平较Ⅱ类场地大2倍以上，动峰值加速度0.2 g的Ⅲ类场相当于动峰值加速度0.3 g的Ⅱ类场地地震力水平，两种场地类别下部结构所需布置的钢筋相差较大，见图1。因此，南绕城高速公路根据两种场地类别编制了两套下部结构设计通用图。

2 桥梁孔跨布置思路

图1 加速度反应谱曲线

兰州市南绕城高速公路大部分桥梁跨越V形沟谷，对于跨越V形沟谷的长联桥可通过支座高度和形式变化，有效调整各墩刚度，不仅结构对称性好，而且可获得更好的结构动力性能。若在高墩处分联，并不能解决桥墩高差较大的问题，反而使结构不对称；同时，联端高墩因需设置滑板支座而降低了墩顶约束，使高墩长细比加大，劣化了其受力状况。因此，对于跨越V形沟谷的长联桥适宜采用一联设置。

其余地形桥梁可根据墩高、地形及地质条件合理布孔、分联，联长一般不超过180 m为宜，30 m跨小箱梁同一联孔数不宜超过6孔，40 m跨小箱梁同一联孔数不宜超过4孔。尽量保证结构的对称性，桥墩刚度宜较为接近，若同一联墩高差别较大，可通过支座形式选择调整各墩刚度。

3 减隔振约束体系研究

由于兰州市南绕城高速公路全线位于Ⅷ度高震区，动峰值加速度为0.2 g，桥梁设计时根据联长、墩高、纵坡等选择高阻尼、水平力分散型、滑板橡胶、摩擦摆、固定盆式支座等多种形式的支座，形成了完善的减隔振体系，提高了结构抗震和正常使用性能，增强了桥梁抵抗罕遇地震的能力，使中、小跨桥梁减隔振设计水平逐级走向成熟。本项目虽然采用的支座形式较多，但每种支座各有所用，且支座本身为成品，容易购买。

对于高墩桥梁，为使桥梁具有适宜的纵向刚度，应结合温度效应和抗震计算结果，将中间墩设置为墩梁刚性连接。墩梁刚性连接采用固定盆式支座实现，以方便更换同联非墩梁刚性连接的支座。当桥梁纵坡大于2%，而桥墩较低，不能采用墩梁刚性连接时，每联在中间墩设置一个摩擦摆盆式支座，正常使用及小震时发挥固定墩作用，防止沿下坡方向产生累积变形，大震时固定螺栓剪断，发挥摆效应，以降低地震效应。联端采用四氟板式橡胶支座可满足正常使用阶段及地震作用下的变形要求，中间墩墩高大于10 m时支座剪切力较小，采用分散型板式橡胶支座可满足变形需要；墩高小于10 m时采用抗剪切变形能力更强的高阻尼橡胶支座适应大震下变形需求。

4 盖梁、墩柱精细化配筋设计

动峰值加速度0.2 g的桥墩盖梁配筋受抗震控制，根据《公路桥梁抗震设计细则》的规定，盖梁弯矩设计值应为恒载弯矩与墩柱屈服弯矩的组合值，在支点处盖梁下缘需要按受力配筋，走出了以往在支点下缘随意截断主筋的误区。

墩柱在满足E1地震作用的情况下，墩柱配筋不宜过多，因为墩柱配筋越多，墩柱屈服弯矩越大，根据能力保护设计原理，桩基设计弯矩也随之提高，相应的桩基配筋增多，导致在抗震设计水平不变的情况下提高了投资成本，所以墩柱配筋在满足E1作用下配筋不易过多，人为地留有过大的安全储备反而是不经济的。

5 墩柱系梁间距的设置

墩柱系梁间距一般按7 m设置，根据近几个项目的抗震研究结论，并结合其他设计院经验，认为墩柱系梁间距按10～15 m设置为宜。由图2、图3可见，如果系梁设置过多，虽然弯矩变化不大，但由于多级框架效应会使墩柱形成较大的轴力差，可能将造成第1级（自地面向上为1、2……）墩柱出现拉力，使受压为主的墩柱变成拉弯构件，按拉弯构件设计墩柱配筋必然增多。

6 V型黄土沟岸桩基设计

兰州市南绕城高速公路穿越地区地形较为复杂，大多桥梁位于V型黄土冲沟，考虑黄土边坡“滑动”的不利因素，相邻墩间桩长不宜差别太大，通过合理设置桩长即可满足桩基承载力要求，也可起“抗滑桩”的作用，见图4。

图2 墩柱弯矩（墩高30 m、系梁间距15 m）

图3 墩柱弯矩（墩高30 m、系梁间距10 m）

图4 小金沟大桥桥型布置图

7 结语

2008年颁发的新桥梁抗震规范的抗震设计理念变化较大，由原规范“一阶段设防理念”修改为新规范要求的“两阶段设防”理念，抗震要求也随之提高，逐步向国际接轨。由于抗震理论的复杂，对抗震的认识也需要过程，目前，很多科研和设计单位对抗震的理解和执行仍处于逐步完善的阶段。兰州市南绕城高速公路施工图设计阶段根据不同的场地类别，制定了适用于Ⅱ类、Ⅲ类场地（动峰值加速度0.20 g）的两套下部结构通用图，在下部结构标准化方面取得了较大的进步。

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