简析桥梁震害成因与抗震设计

文/池旭海 北京市通州市政工程设计有限公司 北京 101101

1、桥梁震害分析

根据大量研究与调查我国震例以及桥梁结构抗震性能可发现，我国桥梁震害主要有如下几种：

（1）地基基础破坏。导致地基破坏原因通常是因为稳定性差、不均匀沉降等，而这都有可能会导致出现地层下沉、断裂以及水平滑移等现象进而对结构物造成破坏。地基破坏以及基础破坏息息相关，如若地震影响到结构周围地基，则会降低结构强度，极易导致基础滑移或沉降情况发生，还可能致使倾斜或是剪断等情况出现，严重的还会导致墩台折断、倾斜或是倒塌。

（2）桥台沉陷。地震出现时，如无完全固结桥台及其后填土，则纵向压力及被动土压力会变大，并逐步由桥台移动至桥跨方向。

（3）墩柱破坏。该现象往往是因为弯曲强度小、剪切强度小以及弯曲延性差等原因导致，而其往往会引发连锁反应。

（4）支座破坏。受到地震作用力影响，支座锚固螺栓可能会出现剪断、拔出等情况，从而改变了结构力传递方式。

2、地震对桥梁的破坏性分析

地震所引起的地面振动是一种复杂的运动，它是由纵波和横波共同作用的结果。在震中区，纵波使地面上下颠动，横波使地面水平晃动。地震是自然界中一种突发性的严重灾害，具有典型的偶然性和短暂性。

（1）场地和地基的破坏作用

当地震发生时，首先是场地和地基破坏，从而产生桥梁破损并引起其他灾害。地震发生后，桥梁的破坏形式一般表现为：桥台锥体、墩周铺护开裂，甚至滑移；墩台身位移，支座锚栓剪断，严重时产生落梁现象；砂土液化，桥墩下沉；墩台身开裂，严重时桥梁倒塌。

（2）场地的振动作用

场地的振动作用是指由于强烈的地面运动引起桥梁的振动而产生的破坏作用。强烈的地面振动是引起桥梁破坏的最普遍和最主要的原因，同时也是引发其他地震破坏如地基失效、滑坡和坍塌等的外部条件。

3、桥梁结构抗震设计

在经济发达的现代社会，人口密集，地震灾害的出现不仅带来了巨大的经济损失，还严重威胁着人们的生命安全。随着我国经济的快速发展以及综合实力的大幅度提高，在目前桥梁建设与规划过程中，对桥梁结构抗震性能越来越为重视。在不断提升的理论分析与实践积累过程中，为了提升桥梁结构的抗震性能，降低地震造成的损失，不断了对抗震设计规范进行了修订与完善，以此规范桥梁结构抗震设计，全面提升我国桥梁抗震能力，从而实现桥梁更高的社会价值与综合效益，为我国经济可持续发展奠定牢固的基础。

3.1 对桥梁形状进行合理设计

直线形的桥梁形状是较为科学的形状，并且还需保证各桥墩柱高度相同，从而可以切实维护桥梁的稳定性和牢固性。不仅如此，一般斜桥或弯桥其结构形状是弯曲的，所以一旦发生地震地质灾害，则极易产生变形，加上情况较为复杂，大大增加修复桥体困难。并且，因为不是直线形桥，其桥墩柱高度都有所不同，这就导致其受力均衡受到影响，如若出现不平衡受力情况，则会对桥墩柱的牢固度造成影响。

3.2 整体科学布局

一个良好的整体结构有助于桥梁获取较理想抗震性能，为此笔者建议设计单位应当做好整体科学布局。

（1）上部结构应采取连续性整体结构，无条件时应加强横向联系。

（2）科学的设置桥梁跨度，避免出现不合理的桥跨组合。同时为了让桥梁在强震作用下能够使得各桥墩柱合理承受震动灾害力，设计人员应在各墩柱部位采取弹性支座，保证它们强度满足规范要求。

（3）桥梁基础推荐选用桩基础，经计算满足摩擦桩或端承桩的承载力要求，考虑地震作用，达到配筋要求。

（4）在地震频发区域桥梁设计中还需重点考虑落梁问题，对此在其设计上设计人员应当在方案中选择适宜的落梁控制结构。

3.3 现阶段比较流行的抗震设计

（1）抗震支座（图1）

抗震支座是目前使用最多的一种抗震方法。该方法能有效提高桥梁柔性和阻尼，进而减轻地震对桥梁的作用力。主要工作原理是：使用抗震支座与墩、台接触面，来提高结构的柔性及阻尼。目前通过大量工程实践得出，该方法效果较好，且性能比较稳定，可以长期作为桥梁抗震方案的选择。此种方法可以有效降低水平地震力对于桥梁的作用，彻底减轻地震对桥梁的伤害，保证桥梁安全运行。同时亦采用抗震支座和阻尼器结合来提高抗震性。两者可以结合在一起，共同提高桥梁的抗震性能。

（2）抗震锚栓（图2）

抗震锚栓是一种增强梁体与墩台结构联系的结构，通常由简单的钢筋或复杂的型钢组合来实现。其抗震的效果虽不如抗震支座，但工艺较简单，工程经济性较好，采用较为广泛。

(3)防落梁设施（图3）

防落梁措施是一种比较宽泛的说法，其表现形式跟抗震锚栓类似，一般实现形式为钢结构防落梁挡块或混凝土挡块来实现，工程经济较好，采用较为广泛。

图1

图2

图3

结语：

地震力是一种复杂的作用力，设计过程中往往采用多种措施综合使用才能收到较好的效果，这点在桥梁设计中尤其重要。因此我们在桥梁设计过程中更要认真分析结构的地震响应和特性,设计有效的抗震措施以达到结构的防震和抗震效果,以便提高和完善桥梁结构物的抗震性能,这对交通运输行业的经济性和社会效应性同样有益。

参考文献：

[1]《公路工程抗震规范》JTGB02-2013

[2]《公路桥梁抗震设计细则》JTG/TB02-01-2008