橋梁設計分析范文

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第1篇

關鍵詞：橋梁；抗震設計；設計原理；設計要點

中圖分類號：U441+.4 文獻標識號：A 文章編號：2306-1499（2013）05-（頁碼）-頁數

近年來，我國地震頻頻發生，但隨著我國經濟建設的快速發展，抗震防災越來越重要。公路橋梁是社會重要的交通樞紐，公路橋梁等交通工程在地震中遭到嚴重破壞，嚴重影響到抗震救災的需要。因此，增強橋梁的抗震能力，加強橋梁工程抗震研究的重要性便顯得十分重要。而在橋梁的設計與施工中對橋梁的抗震能力有著特殊的要求，做好抗震強度和穩定的設計工作，是目前做好橋梁工程的重中之重。

1 地震對橋梁的破壞原因分析

當地震發生后，橋梁的破壞形式一般表現為以下幾種：

（1）橋臺。橋臺的破壞主要表現為橋臺與路基一起向河心滑移，導致樁柱式橋臺的樁柱傾斜、折斷和開裂；重力式橋臺胸墻開裂，臺體移動、下沉和轉動；橋頭引道沉降，翼墻損壞、開裂，施工縫錯工、開裂以及因與主梁相撞而損壞。

（2）橋墩。橋墩破壞主要表現為橋墩沉降、傾斜、移位，墩身開裂、剪斷，受壓緣混凝土崩潰，鋼筋屈曲，橋墩與基礎連接處開裂、折斷等。

（3）支座。在地震力的作用下，由于支座設計沒有充分考慮抗震的要求，構造上連接與支擋等構造措施不足，或由于某些支座型式和材料上的缺陷等因素，導致了支座發生過大的位移和變形，從而造成如支座錨固螺栓拔出、剪斷、活動支座脫落及支座本身構造上的破壞等，并由此導致結構力傳遞形式的變化，進而對結構的其他部位產生不利的影響。

（4）主梁。橋梁最嚴重的破壞現象是主梁墜落。落梁主要是由于橋臺、橋墩傾斜、倒塌，支座破壞，梁體碰撞。

（5）地基與基礎。地基與基礎的嚴重破壞是導致橋梁倒塌，并在震后難以修復使用的重要原因。地基破壞主要表現為砂土液化、地基失效、基礎沉降和不均勻沉降破壞及由于上承載力和穩定性不夠，導致地面產生大變形，地層發生水平滑移、下沉、斷裂。

（6）橋梁結構。橋梁結構的破壞表現在如結構構造及連接不當所造成的破壞、橋臺臺后填土位移過大造成的橋臺沉降或斜度過大而造成墩臺承受過大的扭矩引起的破壞現象等。

2 橋梁的抗震設計原理

盡管目前的橋梁抗震設計分析的手段在不斷提高，分析的理論在不斷完善，但由于抗震設計計算原理是建立在一定假設條件基礎上的，地震作用的復雜性，地基影響的復雜性和橋梁結構體系本身的復雜性，可能會導致理論計算分析和實際情況相差很大。常見的橋梁抗震設計方法有：設計靜力法、反應譜法和動態時程分析法。

（1）靜力法

靜力法把地震加速度看作是橋梁結構破壞的唯一因素，忽略了結構本身動力特性對結構反應的影響，應用存在較大局限性。事實上只有絕對鋼性的物體才能認為在振動過程中各個部分與地震動具有相同的振動，所以只對剛度很大的結構例如重力橋墩、橋臺等結構應用靜力法近似計算。

（2）反應譜法

目前我國的公路及鐵路橋梁均主要采用反應譜方法。反應譜法的思路是對橋梁結構進行動力特性分析（固有頻率，主振型），對各主振動應用譜曲線作某強震記錄的最大地震反應計算，最后一般通過統計理論對各主振型最大反應值進行組合，近似求得結構的整體最大反應值。

（3）動態時程分析法

動態時程分析法是上世紀六十年代以后伴隨有限元法、計算機技術兩方面的發展而出現的。該法把大型橋梁結構離散成多節點、多自由度的結構有限元動力計算模型，將地震強迫振動的激振（地震加速度時程）直接輸入，借助計算機逐步積分求解結構反應時程。

3 橋梁的抗震設計

3.1對常規的簡支橋梁結構應加強橋面的連續構造，以及需提供足夠的加固寬度以防止主梁發生位移落梁，另外還應適當的加寬墩臺頂蓋梁及支座的寬度，并增設防止位移的隔擋裝置。對采用橡膠支座而無固定支座的橋跨，應加設防移角鋼或設擋軌，作為支座的抗震設計。

3.2在地震區的橋梁結構以采用跨度相等、每聯連續跨內下部墩身剛度相等為宜。跨度不均，墩身剛度不等極易發生震害。對各墩高度相差較大的情況可采用調整墩頂支座尺寸和樁頂設允許墩身位移的套筒來調整各墩的剛度，以便使之剛度盡量保持一致。地震區橋跨不宜太長，大跨度意味著墩柱承受的軸向力過大，從而降低墩柱的延性力。

3.3對高烈度區的橋梁設計應在縱向設置一定的消能裝置，如采用減、隔震支座，以及在梁體和墩臺的連接處增加結構的柔性和阻尼以便共同受力和減小水平橋梁荷載。

3.4由于拱橋對支座水平位移十分敏感，而兩邊橋臺的非同步激振會引起較大的偽靜力反應，有時甚至會大于慣性力所引起的動力反應，因此要求震區的拱橋墩臺基礎務必設置于整體巖盤或同一類型的場址以保證震時各支座的同步激振。

3.5橋梁的基礎應盡可能的建在可靠的地基上，應加強基礎的整體性和剛度，同時采取減輕上部荷載等相應措施，以防止地震引起動態和永久的不均勻變形。在可能發生地震液化的地基上建橋時，應采用深基礎，使樁或沉井穿過可能液化的土層埋人較穩定密實的土層內一定深度。并在樁的上部，離地面1～3m的范圍內加強鋼筋布設。

3.6墩柱設計中應盡可能的使用螺旋形箍筋，以便為墩柱提供足夠的約束。另外墩身及基礎的縱向鋼盤伸入蓋梁和承臺應有一定的錨固長度以增強連接點的延性，并且，橋墩基腳處應有足夠的抵抗墩柱彎矩與剪切力的能力，不允許有塑性鉸接。

3.7采用將橋墩某些部位設計成具有足夠的延性，以使在強震作用下使該部位形成穩定的延性塑性鉸，并產生彈塑性變形來延長結構的振動周期，耗散地震力。

3.8采用上部結構和橋墩完全連接的剛構體系，并且樁尖穿過可液化層達到堅硬土層上，由于結構的超靜定次數增大和堅實的樁尖承載能力的保證，減少了由于土壤變形而失效的可能性。

4 橋梁抗震設計要點

4.1橋梁抗震設計在多級設防標準的要求下，對結構強度、延性變形、結構控制、結構整體穩定也要求在多級設防的原則下進行抗震設計。

4.2對橋梁抗震性加以分析研究，某類結構不能在地震區內修建。在分析研究原有結構抗震性能的基礎上，應提出更能適應地震作用的結構型。其次，對結構抗震設計不是被動地作為地震作用時結構強度、變位的驗算，而是要從設計角度，提高結構的防震能力，要系統考慮結構的行為能力設計。

4.3針對目前大量高架橋倒塌毀壞的教訓，必須開展對抗震支座、各種型式橋墩的延性研究，要利用約束混凝土的概念提高它的延性。不但對鋼筋混凝土、預應力混凝土，而且對高強混凝土結構、混合結構的延性都需展開研究。

4.4研究結構控制的有效型式，加強抗震措施。必須采用“以柔克剛”的設想來考慮地震區結構抗震設防的出發點。對地裂、地面鍺動、邊坡倒塌、沙土液化時橋梁結構如何抗震設防也應該作深入的研究。

結語

雖然目前還沒有科學技術來提前預測地震的發生還，但是在地震發生前，我們是可以提前防范，以減少損失的。只要我們通過研究認識地震對結構的破壞規律，對橋梁的設計，根據具體的地質環境條件，同時綜合考慮經濟因素與安全因素，選擇最合理的抗震措施，就能盡量降低地震災害的影響。

參考文獻

[1]袁騰文.淺談公路橋梁的防震設計[J].工程技術， 2009，（3）.

第2篇

關鍵詞：城市，立交橋，橋梁，設計

中圖分類號： TU997文獻標識碼：A文章編號：

引言 隨著城市化建設的不斷加快和城市交通流量的持續上升，城市平面交叉道口經常會出現車輛擁擠和堵塞的情況。為了解決這種問題，城市立交橋應運而生，它在確保車輛暢通和交通安全方面發揮了重要的作用。而橋梁作為立交橋的關鍵部分，在整個設計中具有非常重要的作用。橋梁設計在具有一定美觀特性的基礎之上，必須要具備相應的功能性，這是其作用的關鍵部分。此外，立交本身通常是坡、彎與斜橋同時位于豎曲線上，本身線形具有多邊形，所以橋梁設計除了要遵照匝道線形的要求之外，還必須滿足橋下視距、凈空和功能要求。

一、城市立交橋橋梁設計特點

城市立交橋橋梁設計特點可以概括為一下幾點：（1）因為受到原有地形、地物的影響，為了實現公交道路更多的功能作用，一般會選擇半徑稍小的坡、彎和斜橋，并且多數情況下超高值會設置得相對大一些。（2）城市立交橋都是建立在已有城市道路主干道之上的，而且不會影響正常的交通運行，所以鋼箱梁結構的應用越來越多，因為這種結構橋梁具有整體性能較好、架設工期比較短、抗扭強度大等特點。（3）為了盡快方便市民車輛出行，城市立交橋的施工期限一般都比較短，為了適應這種需求，在城市立交橋的設計中，結構設計種類有單一化和標準化的驅使，且跨徑橋梁布置的采用逐漸增多。（4）為了適應現代文化城市建設的需要，立交橋本身的設計除了滿足功能需求之外，還應該具有美觀因素，一般基本要求是造型優美、線性流暢，能夠給人們一種美的視覺享受，所以高度斜腹板箱，如獨柱式橋墩和較大懸臂等結構設計的應用越來越多。

二、橋梁位置的選定設計

立交橋橋梁位置的選定一般應在立交設計以前就確定好，它設計的內容非常廣泛，是影響立交線形與其他部分工程項目的重要環節。立交區內的跨線橋即是被交路與主線相交而設的跨越性橋梁，它的位置一般是根據被交路和主線的位置來確定的。當被交路純在更改建等其他規劃可能時，應該將被交路移位的多種可預見情況充分考慮在內，使建起的跨線橋在規定年限內能滿足被交路和主線的使用需求。匝道橋是匝道和被交路或者主線相交而設的橋梁，在匝道線形設計時要考慮整體橋梁實施的經濟性與可靠性。立交區內其他橋梁如渠的橋梁、跨越河等是根據地物、地形和路網布局需求而設的。

三、橋梁跨徑和結構選型

1.橋梁跨徑設計。通過多年的實際工作經驗和大量立交橋橋梁設計案例總結分析得知，一般橋梁跨徑設計在25-30m范圍左右比較經濟合理。跨徑過小的話，橋墩的設計就會相應增多，這樣不僅從外觀上使整個立交橋顯得零亂，在功能方面也不利于交通組織；反之，跨徑過大，相應就會使梁高增加，道路縱斷提高，不僅增加整個工程的經濟投入和占地面積，還會影響周邊環境。當橋墩及跨越底層道路部分對交通實現產生不利影響的時候，應該盡量增大橋梁跨徑，以滿通需要，提高橋下通透性。

2.結構選型。橋梁結構型式選擇要在確保耐久、安全、可靠的基礎之上，合理兼顧外部造型的美觀、簡介，充分考慮設計的先進性、經濟性和科學合理性，保證工程施工簡單方便、工期短，且在施工期間能夠合理組織地面交通運行。近幾年，為了有效解決橋梁施工期間的交通運行問題，橋梁跨越底層道路設計多采用鋼箱梁和鋼、混組合箱梁結構。這兩種結構與之前多采用的預應力混凝土連續箱結構相比，具有以下兩點優勢：一是橋梁跨越能力比較強大，梁高減小，且當主線上有凈空條件限制的時候，在保證立交橋功能的前提下，進一步縮短立交橋長度，縮減工程的影響范圍和占地面積。二是鋼結構施工簡便、周期短，且對橋下交通影響比較小。這是因為橋梁鋼結構部分是在工廠預制的，施工現場只需在拼裝位置設置臨時橋墩即可。但是這兩種結構的經濟投入比預應力混凝土結構稍微有有所增加，但是從總體投資和后期的社會效益來看，值得推廣應用。

（1）鋼箱梁結構。這種橋梁結構外形美觀、簡潔、線形流暢，并且其抗扭剛度大、重量輕、強度高，整體性能比較好，除此之外，其施工簡便易行、工期短，施工期間對道路交通的影響比較小。無論是連續梁結構還是簡支結構，中小跨徑的鋼箱梁結構設計都可以通過調整底、頂板厚度來適應主梁彎矩的變化，使鋼板應力控制在合理范圍內的前提下不增加施工和設計難度。這種結構的設計和施工順應了城市立交橋橋梁的發展趨勢，在保證現有交通運行的同時，有效提高施工進度。需要注意的是，城市立交匝道橋在采用鋼箱梁結構的時候，應充分考慮箱梁橫向抗傾覆問題，設計時在可能的情況下應該多選用雙支座；兩支座橫向間距可適度增大，或者設置抗拉支座。

（2）預應力混凝土結構。這種橋梁結構為了便秘出現曲線橋徑向“爬移”和支座脫空現象，設計時可以采取以下措施：盡可能多地設置雙支座，或者在中間獨柱墩間隔幾跨設計成固結墩；遇到中間墩都是獨支承的情況，連續梁結構每聯長度控制在100m以內；曲線橋中間獨柱墩支座按相關計算設置向外弧的預偏心，同時增加橋臺處或者聯端的雙支座橫向間距。

（3）曲線橋梁設計。曲線橋梁線型變化比較多樣，結構受力也很復雜，尤其是小半徑曲線橋梁，除了要承受剪力、彎矩以外，還要承受較大扭矩和翹曲雙力矩的作用。在實際設計中，可以應用梁格系分析法和有限元法兩種方法進行分析設計，前者基本思路是將橋梁上部結構離散為一個剛度幾近等效的梁格體系進行分析，然后再將結果還原到員結構中進行計算設計。這種方法程序金丹，易于理解和操作，但是不能考慮扭轉、畸變等產生的界面翹曲，而有限元法則可以應用于各種復雜多變的結構分析設計之中。

結語 在城市立交橋橋梁設計分析過程中，除了要從文化角度考慮其外形美觀度之外，更應該從其功能性出發，結合各交通道路及環境的不同情況，綜合分析各種結構的優缺點，擇優選擇最合適的橋梁結構型式，有效解決道路交通問題。

參考文獻：

第3篇

關鍵詞：橋梁 抗震 設計

中圖分類號： TU997文獻標識碼： A

一、橋梁的抗震設計原理

目前橋梁的抗震設計計算原理是建立在一定假設條件基礎上的，盡管分析的手段不斷的在提高，分析的理論不斷的在完善，但由于地震作用的復雜性，地基影響的復雜性以及橋梁結構體系本身的復雜性，可能會導致理論計算分析和實際情況相差很大。現常見的橋梁抗震設計方法有：設計靜力法、反應譜法和動態時程分析法。下面就分別對應不同的假設條件和設計原理做一探討。

（一）靜力法

靜力法把地震加速度看作是橋梁結構破壞的惟一因素，忽略了結構本身動力特性對結構反應的影響，應用存在較大局限性[

]。事實上只有絕對剛性的物體才能認為在振動過程中各個部分與地震動具有相同的振動，所以只對剛度很大的結構例如重力橋墩、橋臺等結構適用靜力法近似計算。

（二）反應譜法

反應譜方法是目前我國公路及鐵路橋梁采用的重要方法。其思路是對橋梁結構進行動力特性分析，對各主振動應用譜曲線作某強震記錄的最大地震反應計算，最后一般通過統計理論對各主振型最大反應值進行組合，近似求得結構的整體最大反應值。

（三）動態時程分析法

動態時程分析法是上世紀60年代以后伴隨有限元法、計算機技術兩方面的發展而出現的。該法把大型橋梁結構離散成多節點、多自由度的結構有限元動力計算模型，將地震強迫振動的激振直接輸入，借助計算機逐步積分求解結構反應時程。

二、橋梁抗震設計原則  

合理的抗震設計，要求設計出來的結構在強度、剛度和延性等指標上有最佳的組合，使結構能夠經濟的實現抗震設防的目標。要達到這個要求，就需要設計工程師深入了解對結構地震反應有重要影響的基本因素，并具有豐富的經驗和創造力，而不僅僅是按規范的規定執行[]。以下為抗震設計應盡可能遵循的一些基本原則，這些原則基于歷次的橋梁震害教訓和當前公認的理論認識。  

1場地選擇

除了根據地震危險性分析盡可能選擇比較安全的廠址之外，還要考慮一個地區內的場地選擇。選擇的原則是：避免地震時可能發生地基失效的松軟場地，選擇堅硬場地。 

2體系的整體性和規則性

橋梁的整體性要好，上部結構應盡可能是連續的。較好的整體性可防止結構構件及非結構構件在地震時被震散掉落，同時它也是結構發揮空間作用的基本條件。無論是在平面還是在立面上，結構的布置都要力求使幾何尺寸、質量和剛度均勻，對稱、規整，避免突然變化。 

3提高結構和構件的強度和延性

橋梁結構的地震破壞源于地震動引起的結構振動，因此抗震設計要力圖使從地基傳入結構的振動能量為最小，并使結構具有適當的強度、剛度和延性，以防止不能容忍的破壞。在不增加重量、不改變剛度的前提下，提高總體強度和延性是兩個有效的抗震途徑。剛度的選擇有助于控制結構變形；強度與延性則是決定結構抗震能力的兩個重要參數。由于地震動可造成結構和構件周期反復變形，使其剛度與強度逐漸退化，因此，只重視強度而忽視延性絕對不是良好的抗震設計。 

4能力設計原則

能力設計思想強調強度安全度差異，即在不同構件(延性構件和能力保護構件-不適宜發生非彈性變形的構件統稱為能力保護構件)和不同破壞模式(延性破壞和脆性破壞模式)之間確立不同的強度安全度。通過強度安全度差異，確保結構在大地震下以延性形式反應，不發生脆性的破壞模式。在我國以前的建筑抗震設計中，普遍采用“強柱弱梁，強剪弱彎，強節點弱構件”的設計思想。 

三、橋梁的抗震設計方法和抗震要點

1、橋梁抗震的設計方法

采用減隔震支座。

采用減、隔震支座(鉛芯橡膠支座、高阻尼橡膠支座等)在梁體與墩、臺的連接處增加結構的柔性和阻尼以減小橋梁的地震反應；采用減、隔震支座橋梁結構的梁體通過支座與墩、臺相聯結，大量的試驗和理論分析都表明采用減震支座對橋梁結構的地震反應有很大的影響，在梁體與墩、臺的聯結處安裝減、隔震支座能有效地減小墩、臺所受的水平地震力。

利用橋墩延性減震。

利用橋墩的延性減震是當前橋梁抗震設計中常用的方法，橋墩延性減震是將橋墩某些部位設計得具有足夠的延性，以便在強震作用下使這些部位形成穩定的延性塑性鉸產生彈塑性變形來延長結構周期、耗散地震能量。

采用減震的新結構。

型鋼混凝土結構是在混凝土上包裹型鋼做成的結構。它與鋼筋混凝土結構相比具有一系列優點,其承載力可以高于同樣外形的鋼筋混凝土構件承載力一倍以上，具有較好的抗剪能力，延性比明顯高于鋼筋混凝土結構，滯回曲線較為飽滿，耗能能力有顯著的提高，從而呈現出良好的抗震性能。能夠隔離、吸收和耗散地震能量，同時可以節約材料，降低造價。

2、減震設計中的要點

(1)結構的剛度對稱有利于抗震，不等跨的橋梁容易發生震害。

特別是一座橋內墩身高度相差過大，在較矮的橋墩上會產生很大的地震水平力，跨徑不同。在大跨徑的橋孔的橋墩上也產生大的地震力。設計上應盡量避免在高烈度區采用這種橋型，如無法避免,宜在不利墩上設置消能措施降低墩頂集成剛度，如設置抗震支座等。

斜橋的抗震性能較差。

由于斜交橋的質心和扭轉中心并不重合,導致了在地震反應當中上部結構有旋轉的趨勢。在地震中，斜交橋相對于正交橋更易遭到破壞。另外，地震時橋臺處河岸不穩，易向河心滑移，使橋長縮短,橋孔發生錯動或扭轉,造成墩臺身開裂或折斷。如地基條件允許，可采用T型或型這類整體性強、抗扭剛度大的橋臺。如在松軟的地基上，橋梁宜正交,并適當增加橋長，使橋臺放在穩定的河岸上。

四、小結：

橋梁結構有效的抗震措施還有許多， 此我們在橋梁設計過程中須認真分析和了解結構的地震反應和特性，精心設計并采取一系列有效的抗震措施。橋梁抗震設計是一項系統工程，體現在設計的各個階段，需要認真對待。

參考文獻：

[1] 范立礎，胡世德，葉愛君.大跨度橋梁抗震設計[M].北京:人民交通出版社，2001

[2] 宋曉凱.橋梁抗震設[M].山西建筑，2007 

[3] 嚴家伋. 道路建筑材料第三版[M].北京：人民交通出版社，2004.01

[4] 劉濱誼．橋梁規劃設計[M]．東南大學出版社，2002

[5] 趙永平，唐勇. 道路勘測設計[M].北京：高等教育出版社 ，2004.08

作者簡介：黃神忠（1984.09～），男，漢族，廣西賀州人，大學本科學歷，廣西華藍設計（集團）有限公司助理工程師，主要從事道路、橋梁設計工作和研究。