1、.淺談山區大跨度橋梁設計論文關鍵詞：山區大跨度橋梁；公路橋梁；橋梁設計；非線性地震反應；多點激振效應論文摘要：大跨度公路橋梁往往處于公路交通運輸的樞紐和咽喉地段，為道路生命線工程的重要組成部分。文章結合山區地形地質復雜的道路特點以及不同橋梁結構形式的特點，對山區大跨度橋梁的橋梁體系選擇、上部結構的設計和下部結構的設計進行了探討，并以連續梁橋為例進行了高墩的穩定性分析，探討了山區大跨度橋梁設計的要點，并對大跨度公路橋梁進行了抗震分析。大跨度公路橋梁往往處于公路交通運輸的樞紐和咽喉地段，為道路生命線工程的重要組成部分。對山區大跨度公路橋梁設計的研究具有重要的現實意義，在橋型的比選上有相當的難度和復

2、雜性，而橋梁的設置是否合理，橋梁設計方案是否合理，直接影響整條路線的工程造價及使用功能。因此在設計中必須協調好橋梁各細部構造與地形、地質之間的關系。以下針對山區大跨度橋梁的特點，探討山區大跨度橋梁設計的要點，對大跨度公路橋梁進行正確的抗震分析，對于提高其抗震能力，特別是抗大震的能力是至關重要的。目前，國內外進展迅速的橋梁建設已對大跨度公路橋梁的抗震分析提出了更高的要求，與之相應的結構地震反應分析理論研究也呈現出一些新的特點。對于大跨度公路橋梁而言，在強震作用下結構的非線性性能、地震波傳播過程中的多點激振效應、隔震技術的動力模型及其應用研究以及地震反應分析軟件研究具有更大的現實意義。一、非線性地

3、震反應分析大跨度橋梁結構的非線性可分為材料非線性(又可稱為物理非線性或彈塑性)和幾何非線性兩種，一般情況下結構的幾何非線性可通過考慮所謂的P-效應來進行在結構非線性地震反應分析的計算理論研究方面，備受關注的是結構的彈塑性分析，這不僅是因為相對于幾何非線性而言，結構的彈塑性性能對于結構的抗震性能影響較大，而且更由于問題的復雜性。所以國內外眾多學者針對后者開展了大量的研究工作。在大跨度公路橋梁彈塑性地震反應分析的力學模型中，根據各種構件的工作狀態，將結構簡化為桿系結構是合理的，同時對計算而言也是非常經濟的。若按構件所處的空間位置可把力學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力水平

4、的種類來分，又可分為微觀模型(采用應力空間)和宏觀模型(采用內力空間)兩種。由于微觀模型要求將結構劃分為足夠小的單元，盡管很有效但所需的計算量較大，只適用較小規模的結構或構件的非線性分析，因此在實際工作中應用的范圍比較有限，所以這里僅按前一種分類方法來加以討論。在結構彈塑性地震反應分析中，構件恢復力模型的確定是基本的步驟而構件的恢復力關系又集中反映在滯回特性曲線上，基本指標有曲線形狀、骨架曲線及其特征參數、強度、剛度及其退化規律、滯回耗能機制、延性和等效滯回阻尼系數等。國內外在這方面已進行了大量的試驗研究并取得了相應的研究成果。在平面模型中，根據所采用的塑性鉸類型可把它分為集中塑性鉸模型和分布

5、塑性鉸模型兩大類。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模擬構件，其中一根用來表示具有屈服特性的彈塑性桿，另一根用來表示完全彈性桿，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，同時只用兩個桿端塑性轉角來刻劃桿件的彈塑性性能，而桿件兩端的彈塑性參數又是相互獨立的，因此應用起來較為簡便。其缺點是基本假設中有地震過程中反彎點不能移動的限制，所以對一些與基本假設不甚相符的特殊情況其使用的合理性就

6、受到了限制。二、多點激振效應通常橋梁結構的地震反應分析是假定所有橋墩墩底的地震運動是一致的。而實際上，由于地震機制、地震渡的傳播特征、地形地質構造的不同，使得入射地震在空間和時間上均是變化的。即使其他條件完全相同，由于地面上的各點到震源的距離不同，它們接收到的地震波必然存在著時間差(相位差)，由此導致地表的非同步振動。這一點已被地震觀測結果所證實。因此，多點地震輸入是更合理的地震輸入模式。特別是大跨度橋梁結構，當地震波的波長小于相鄰橋墩的跨度時，入射到各墩的地震波的相位是不同的，由于在橋長范圍內各墩下的基礎類型和周圍的場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。有關實

7、際震害表明，入射地震波的相位差可增大橋跨落梁的危險性。所以就地震波傳播過程中的多點激振效應進行研究是有很大的實際意義的。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分析問題。若再考慮地震波的波形變化就屬于地震波的多點輸入問題。從計算方法上看，由于多點地震輸入算法與同步激振的計算方法不同，因此必須重新推導結構體系的動力平衡方程。美國學者Penzien和Clough于1975年推導了多自由度體系考慮地震波多點輸入時的動力平衡微分方程及求解方法，通過所謂的影響矩陣，實現了地震波的多點輸入算法。這種方法后來被廣泛應用，目前所有考慮地震波多點輸入的結構地震反應時程分析算法均以此為基本出發點。綜

8、上所述，大跨度公路橋梁的多點激振效應分析是一個比較復雜的計算問題，其復雜性一方面在于計算方法上面，更重要的是對于不同類型的橋梁結構體系可能有著截然不同的計算結果。因此實際計算時只能針對具體的橋梁結構進行具體的分析，不能一概而論。從計算方法上看，目前有關研究基本上仍局限于線彈性體系的多點激振效應分析，而非線性多點激振效應與結構體系非線性地震反應分析的力學模型是密切相關的三、結構設計上部構造形式的選擇，應結合橋梁具體情況，綜合考慮其受力特點、施工技術難度和經濟性。簡支空心板結構的橋型，施工方便，施工技術成熟；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調，美觀性差；上部構造難

9、以與路線小半徑、大超高線形符合，且高墩數量增加；橋面伸縮縫多，行駛條件差。因而，在山區大跨度中，該類橋型一般用于地形相對平緩、填土不高的中、小橋上。預制拼裝多梁式T梁在中等跨徑橋中具有造價省、施工方便的特點，其造價低于整體式箱梁，是中等跨徑直梁橋的常用橋型。但對于曲線梁來說，T梁為開口斷面，抗扭及梁體平衡受力能力均較箱梁差，曲梁的彎矩作用對下部產生的不平衡力大。但當曲線橋的彎曲程度較小時，曲線T梁橋采用直梁設計，以翼緣板寬度調整平面線形，可減少曲梁的彎扭作用，在一定程度上可彌補曲線T梁橋受力和施工上的不足。雖然直線設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

10、采取加強橫向聯系的措施，提高結構的整體性。對于大跨徑橋梁，最好采用懸臂澆筑箱梁。但是對于中等跨徑的橋梁，箱梁橋不論采取何種施工方式，費用都較高，與預制拼裝多梁式T梁相比，處于弱勢。下部結構應能滿足上部結構對支撐力的要求，同時在外形上要做到與上部結構相互協調、布置均勻。橋墩視上部構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，結構穩定性好，施工方便、快捷，外觀輕穎美觀。對于連續剛構橋，要注意把握上下部結構的剛度比，減小下部結構的剛度比，減小下部結構的剛度，可減小剛結點處的負彎矩，同時減小橋墩的彎矩，也可減小溫度變化所產生的內力。但

11、是橋墩也不可以太柔，否則會使結構產生過大變形，影響正常使用，并不利于結構的整體穩定性。對于高墩，除了要進行承載能力與正常使用極限狀態驗算外，還要著重進行穩定分析。對于連續梁結構或連續剛構橋，各墩的穩定性受相鄰橋墩的制約影響，應取全橋或至少一梁作為分析對象。穩定分析的中心問題就是確定構件在各種可能的荷載作用和邊界條件約束下的臨界荷載，下面以連續梁為例進行說明。介于梁、墩之間的板式橡膠支座，梁體上的水平力H(車輛制動力和溫度影響力等)是通過支座與梁、墩接觸面上摩阻力而傳遞給橋墩的，它不但使墩頂產生水平位移，而且板式橡膠支座也要產生剪切變形。當梁體完成水平力的傳遞以后，梁體暫時處于一種固定狀態，但由于軸力及墩身自重的影響，墩頂還會繼續產生附加變形，這就使得板式支座由原來傳遞水平力的功能轉變為抵抗墩頂繼續變形的功能，支座原來的剪切變形先恢復到零，逐漸達到反向的狀態。四、結語山區大跨度作為公路工程的一部分，很多方面需要探討。山區大跨度方案的確定應遵循“安全、舒適、經濟、美觀”的原則，只有把握好規律，抓住側重點，山區高速橋梁的布置和設計才能準確無誤。參考文獻1李偉，朱