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浅析桥梁限位装置的设计与应用

摘要：目前，对于桥梁工程安全性要求越来越严格，然而地震

作用对桥梁的破坏则是非常严重的，因此，在桥梁设计过程中，必

须认真考虑地震作用，并选择相应的抗震措施。对于抗震设防烈度

为8度及以上的区域，需设置限位装置，常见的为抗震锚栓，利用

其自身的抗弯能力限制桥梁在水平地震力作用下产生的侧向位移，

而不至于使梁体滑落。

关键词：限位装置抗震锚栓水平地震力抗弯能力

引言

地震作用对建筑结构的破坏是极其严重的，然而，对于桥梁工

程而言，由于设计基准期一般为100年，因此地震对其影响是无法

忽视的。在进行桥梁设计时，要求本着“大震不倒，小震不坏”的

原则，所以要求桥梁结构在地震作用下必须具备一定的安全可靠

性。

目前，对于桥梁的抗震设计，一般要求设防烈度在8度及以上

时，需设置相应的限位装置，但是，在进行此限位装置设计时缺乏

规范要求以及理论依据，多数都是通过经验来设置的。本文通过分

析，提出了一种设计桥梁限位装置的方法，可供其他桥梁工程在设

计限位装置时借鉴。

1地震作用分析

地震是通过纵横地震波，使建筑结构产生震动变形，从而产生

很大的结构内力，致使建筑结构破坏。桥梁结构在受到横向地震波

的作用时，产生较大的横向位移，在无限位装置的情况下，会使梁

体滑落而破坏。

1.1地震作用对桥梁的影响

在地震作用下，通常对桥梁会产生以下两个方面的影响：

（1）由于地表破坏而引起桥梁破坏

地表破坏有地裂、滑坡、塌方、岸坡滑移和砂土液化等现象。

地裂会造成桥梁跨度的缩短、伸长或墩台下沉。在陡峻山区或砂性

土和软黏土河岸处，强烈地震引起的塌方、岸坡滑动以及山石滚落，

可使桥梁遭到破坏。在浅层的饱和或疏松砂土处，地震作用易引起

砂土液化，致使桥梁突然下沉或不均匀下沉，甚至使桥梁倾倒。在

坡边土岸或古河道处，地震则往往引起岸坡滑移、开裂和崩坍等现

象，造成桥梁破坏。

（2）桥梁受震破坏

桥梁受震破坏是由于地震使桥梁产生水平和竖直振动，造成桥

梁构件的损坏和破坏,甚至使桥梁倒坍。此外,有些桥梁虽然在强度

上能够承受地震的振动力，但由于桥梁上部、下部结构联结不牢、

整体性差，往往会造成桥梁上部和下部结构间产生过大的相对位

移，从而导致桥梁破坏。

梁桥受震破坏主要表现为：①墩台开裂、倾斜、折断或下沉；

②支座弯扭、断裂、倾倒或脱落；③桥梁上部结构和下部结构间相

对位移；④落梁。

拱桥受震破坏主要表现为：①拱圈开裂；②墩台下沉；③多孔

时墩身开裂、折断；④落拱。一般说来，桥梁震害在高烈度震区比

低烈度震区重，岸坡滑移和地基失效处的桥梁震害比一般地基处严

重。

1.2地震力的计算

桥梁上部结构在地震作用下会产生较大的水平作用，亦即水平

地震力。而上部结构所产生的水平地震力主要作用于墩台上部，有

抗震锚栓所承受。

根据公路桥梁抗震设计细则[1]，桥梁上部结构在地震作用下，

所产生的水平地震力按照下式进行计算：

ehau=cicscdagau/g（1）

式中：ci为抗震重要性系数；cs为场地系数；cd为阻尼调整系

数；a为水平向设计基本地震动加速度峰值（g）；gau一孔梁体总

重（kn）；g为重力加速度（m/s2）。

从式（1）中可以看出，在地震作用下，上部结构受到的地震力

与上部结构的自重以及抗震设防烈度等因素有着密切的关系，并随

之增大而增大。然而这些因素都是很难避免的，因此当地震力达到

一定程度时，（公路桥梁抗震设计细则规定，在抗震设防烈度大于

等于8度时，需设置限位装置）就必须要采取相应的抗震设计。

2抗震锚栓的设计

桥梁在地震作用下，上部结构产生了较大的水平方向的滑移，

严重时使梁体滑落，桥梁上部结构破坏，因此，必须设置相应的抗

滑移装置，即抗震锚栓。

2.1抗震锚栓的型式

目前，对于桥梁抗震锚栓的常见型式是钢套筒与螺纹钢筋相结

合的方式，即将两根螺纹钢筋一端放入钢套筒，一端预埋在桥梁桥

台中，钢套筒与螺纹钢筋之间的缝隙采用沥青膏充填。见图1。

图1抗震锚栓常见型式

2.2抗震锚栓的参数计算

在地震作用下，由于桥梁上部结构的不同，因此，上部结构所

产生水平地震力也有所不同，而用于限制桥梁上部结构水平位移的

抗震锚栓，在具体的参数方面也是不相同的。

（1）抗震锚栓的直径

对于抗震锚栓的直径一般通过以下两种方法进行确定：

a．根据锚栓的常规做法，采用直径为22mm的螺纹钢筋，然后

代入式（2）、（3）、（4）、（5）和（6）计算，将结果与水平地震力

在桥台表面位置处产生的弯矩进行比较，从而验证锚栓的抗弯能力

是否满足要求，若不满足然后调整锚栓直径继续计算。