浅谈桥梁抗震设计

潘东宏

【摘 要】随着桥梁技术的发展，桥梁在公路中所占比重越来越大，地震力对桥梁安全的影响越来越引起桥梁工作者们的注意。在桥梁的设计、施工、监理中严格执行桥梁各种相关规范，合理采用桥梁抗震构造措施，适当采用减隔震技术对于保证桥梁结构满足抗震设计要求是十分必要的。本文对桥梁抗震设计进行了探讨。

【关键词】桥梁；抗震；设计；策略

为了有效提高桥梁的质量、避免桥梁在地震等灾害中造成一定程度的损失，必须加强桥梁的抗震设计、这就需要桥梁设计工作者首先加强桥梁抗震设计的重要性，其次要积极探索桥梁抗震设计的方法、通过不断完善自己的设计作品，更好地服务于公路建设，为人们更好的生活提供保证。

一、明确桥梁抗震设计的重要性

如今，世界范围内的地震次数越来越多，很多国家为了使地震灾害降到最低程度，都在不断探索桥梁的抗震设计，不断普及桥梁抗震设计的重要性。当然，在了解桥梁抗震设计的重要性的同时，我们更要清楚的了解桥梁震害的主要原因。只有找到原因，才能找到解决问题的方法。

1、桥梁结构缺乏防震设计

现在的桥梁一般都是梁式的，这种形式的桥梁通过地震产生位移之后，便会形成桥梁上部活动节点地方因盖梁宽度设置不当而造成落梁或者梁体相互磁撞引起的破坏。对于拱式结构的桥梁，如果没有进行抗震设计，那么主要破坏的是拱上建筑和腹拱。位于拱顶和拱脚部分的拱圈会产生裂缝，也可能是整个拱隆起变形。

2、桥梁地基缺乏抗震设计

如果桥梁地基土受到地震的影响，那么不仅会加大地震的位移，也会放大桥梁结构的振动反应，从而造成落桥。有些桥梁在建设过程中会采用排架桩基础，这会造成桩基的承载力降低，进而导致桥梁横向或者竖向移动。除此之外，如果在建设桥梁时没有修建稳定的地基，地震时便会因部分地基液化失效而引起结构物的整体倾斜，从而造成落桥。

3、桥梁支座缺乏抗震设计

在地震力的作用下，如果桥梁支座没有进行抗震设计，必然会导致桥梁构造上连接的不足。或者在进行桥梁支座施工时，没有按照实际情况配置合理的支座型式、没有采用质量合格的建筑材料，也会导致桥梁支座发生过大的位移和变形，甚至会造成支座的螺栓拔出、剪短等各种形式的破坏。

二、地震对桥梁的破坏原因分析

1、桥台

往往在地震发生后，桥台与路基会发生滑移的情况，从而导致桩柱式桥台的桩柱出现倾斜、拆断和开裂的现象。而一些重力式桥台，在地震发生时，往往会出现胸墙开裂及台体移动等情况，同时桥头引道也会发生沉降，施工缝错开等。

2、桥墩

桥墩破坏主要表现为桥墩沉降、倾斜、移位，墩身开裂、剪断，受压缘混凝土崩溃，钢筋裸露屈曲，桥墩与基础连接处开裂、折断等。

3、 支座

由于桥梁支座在设计时对抗震性能考虑不周，因此在地震作用下，支座会出现较大的位移和变形，很多时候极易导致支座锚固螺栓剪断及支座脱落、破坏等情况发生，使结构力在传递形式上发生较大的变化，从而使其他结构部位发生损坏。

4、主梁

地震力作用下，桥台、桥墩等出现倾斜及倒塌等情况，从而导致支座受到不同程度破坏，梁体发生碰撞，严重时会导致主梁发生坠梁。

5、 地基与基础

桥梁在地震力作用下出现倒塌，多数情况下是由于地基与基础受到严重破坏所导致的，而且这种情况下要想在地震后对桥梁进行修复也存在较大的难度。在地震力作用下，地基砂土会出现液化、基础沉降及稳定性较差等情况发生，而且地面也会有较大的变形出现，从而导致地层出现不同程度的滑移、下沉等，最终地基受到较大的破坏。

6、 桥梁结构

当地震发生时，桥梁结构构造及连接会出现不同程度的损坏，而且桥台台后填土也会出现较大的位移，这就会导致桥台出现不同程度的沉降，桥墩会由于受到过大的扭矩而被破坏，从而导致桥梁结构破损。

三、提高桥梁抗震设计的策略

1、抗震设防标准。这是桥梁结构抗震设计的最基本问题。过去的几十年的时间里，研究者和工程师都提出分级抗震设防的原则：即小震不坏；中震发生有限的结构或非结构构件的破坏；大震发生严重的结构和非结构构件的破坏，但不产生严重的人员伤亡；而在可能袭击工程场地最严重的地震作用下，结构不倒塌。这些基本的结构性能目标今天被大多数的设计规程所采用。但传统的作法是，只针对单一的地震作用水平进行结构的抗震设计。现在的问题是针对每一个目标都结出相应的具体设计程序。这样一来，就需要对目前实际上还是单一水准强度抗震设计原则进行修订，采用多水准、多设防目标和多阶段的抗震设计原则。

2、构造细节。桥梁结构抗震设计中的许多问题目前还不能完全通过定量化方法加以解决。因此根据震害经验、概念设计和定性研究的结果提出构造细节方面的要求，对保证桥梁结构的抗震安全十分重要。美、欧等国家的桥梁结构抗震设计规范和准则都已十分重视这一点。我国现行的《公路工程抗震设计规范》在这方面明显不足，新编的《城市桥梁抗震设计规范》将特别注意这方面的问题。

3、延性和位移设计。传统的桥梁抗震设计采用强度设计方法，即使考虑到延性和位移，也是通过强度指标间接地实现。现在人们越来越认识到了位移在桥梁结构抗震设计中的重要性，很多研究者和工程师建议在抗震设计中直接使用位移为设计参数，这样就将形成多参数抗震设计方法：在这方面，各种非弹性反应谱的研究和应用工作一直在进行。一些建筑结构抗震设计指南和准则已经引入了位移设计的概念和方法。

4、 对常规的简支桥梁结构应加强桥面的连续构造，以及需提供足够的加固宽度以防止主梁发生位移落梁，另外还应适当的加宽墩台顶盖梁及支座的宽度，并增设防止位移的隔挡装置。对采用橡胶支座而无固定支座的桥跨，应加设防移角钢或设挡轨，作为支座的抗震设计。

5、在地震区的桥梁结构以采用跨度相等、每联连续跨内下部墩身刚度相等为宜。跨度不均，墩身刚度不等极易发生震害。对各墩高度相差较大的情况可采用调整墩顶支座尺寸和桩顶设允许墩身位移的套筒来调整各墩的刚度，以便使刚度尽量保持一致。地震区桥跨不宜太长，大跨度意味着墩柱承受的轴向力过大，从而降低墩柱的延性力。

6、对高烈度区的桥梁设计应在纵向设置一定的消能装置，如采用减、隔震支座，以及在梁体和墩台的连接处增加结构的柔性和阻尼以便共同受力和减小水平桥梁荷载。

7、由于拱桥对支座水平位移十分敏感，而两边桥台的非同步激振会引起较大的伪静力反应，有时甚至会大于惯性力所引起的动力反应，因此要求震区的拱桥墩台基础务必设置于整体岩盘或同一类型的场址以保证震时各支座的同步激振。

8、 墩柱设计中应尽可能的使用螺旋形箍筋，以便为墩柱提供足够的约束。另外墩身及基础的纵向钢盘伸入盖梁和承台应有一定的锚固长度以增强连接点的延性，并且，桥墩基脚处应有足够的抵抗墩柱弯矩与剪切力的能力，不允许有塑性铰接。

9、采用上部结构和桥墩完全连接的刚构体系，并且桩尖穿过可液化层达到坚硬土层上，由于结构的超静定次数增大和坚实的桩尖承载能力的保证，减少了由于土壤变形而失效的可能性。

总而言之，地震作为自然灾害，目前还无法准确的进行提前预测，但我们可以提前采取相应的预防措施，以减少地震所帶来的损失发生。所以在桥梁设计时，需要充分的考虑到地震对结构所带来的破坏规律，针对具体的地质环境条件来制定科学、合理及经济的抗震措施，尽可能的降低地震所带来的影响。

参考文献：

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[2] 王伟. 现代桥梁抗震设计需关注的几个问题[J]. 科技信息. 2011（17）

[3]苏波，陈占力.浅析预制装配式桥梁抗震设计及抗震措施[J].市政技术，2012，30（3）：65-67.