桥梁的抗震设计方法分析

张春来 马小花

摘 要：我国为地震多发区，近100年超过7级地震就发生过15起，我国有41%的国土地震基本烈度在7度及以上地区。地震作用对桥梁结构影响较大，会给桥梁带来无法修复的损伤。本文结合以往设计经验及汶川地震桥梁破坏结果，分别阐述5种桥梁破坏形式以及在进行桥梁抗震设计中，采用何种方法来提高桥梁在地震作用下的抗震等级。通过本人的一点见解，希望对于桥梁设计人员能够起到帮助。

关键词：地震作用；主梁脱落；桥墩破坏；基础破坏

中图分类号：U442 文献标志码：A

地震灾害发生时会对道路桥梁造成较大的破坏，不利于震后灾后救援和重建。道路桥梁是灾民的绿色生命线。在道路桥梁的设计过程中应当积极做好抗震设计，尤其是在一些地震灾害多发区，更要对抗震设计加以重视。本文对桥梁在地震灾害中所容易遭受损坏的部位进行阐述，在此基础上对桥梁抗震设计中的要点进行分析介绍。

1 地震灾害下桥梁所容易遭受的损坏

1.1 桥梁地基与基础容易遭受的损坏

地基与基础部分是桥梁核心部分，在地震灾害下因地质变动，将导致地层的稳定性遭到破坏，进而容易引起地层的水平滑移、下沉和断裂，从而使得基础上的桥梁结构部分遭到严重的损坏。在地震灾害下桥梁的桩基可能发生剪断、倾斜破坏，进而引起墩台倾斜、倒塌或折断。

1.2 桥台沉陷

桥台后填土与桥台两者并非完全固结，在地震发生时，地层产生的破坏力将使得桥台填土承受较大的纵向载荷，与此同时，地震中桥台与桥梁之间也将承受来自于地震的被动土压力，由于桥梁中桥面的连接支撑作用，在地震中桥梁将会在纵向力的作用下以桥台顶端为支点产生竖向旋转，从而使得桥梁的结构发生偏差、错位，进而造成桥梁损坏。在地震中所产生的纵向载荷不仅仅会导致桥梁发生竖向旋转，严重的甚至会因为液化土而使得桥台产生垂直沉陷，而桥面将会在巨大的扭矩作用下遭到破坏。

1.3 墩柱破坏

在桥梁设计中若未能考虑到抗震问题将使得墩柱的弯曲强度、弯曲延性、抗弯能力以及剪切强度不足。而这些问题的存在将使得桥梁无法承受地震力的反复作用而损坏，产生如落梁、整个结构倒塌等的问题。

1.4 支座破坏

地震时，在巨大的地震外力下桥梁上下位移过大将破坏支座锚固，致使桥梁将会因支座位移而使得桥梁的整体性和载荷分布发生较大的变化。

1.5 节点破坏

节点区域钢筋大量相交，桥梁中大量的力和载荷都集中在节点区域，在地震时节点区域将会因复杂地震力的作用而造成节点区域混凝土的压碎和锚固筋的破坏。

2 桥梁抗震设计的原则

在桥梁抗震设计中应当遵循以下设计原则：桥梁抗震设计应当结合桥梁项目地的地形、地质条件、工程规模以及震害经验和过往震害记录进行相应的设计，合理地对桥梁的桥型、墩台以及基础形式进行选择。在设计中出于抗震考虑应当尽量避免高墩与大跨的结合，应尽量选用重量较轻的上部结构形式和抗震设计，在桥梁抗震设计中应当确保桥梁的整体性和上部结构部分的连续性。这是由于桥梁的整体性有助于避免在地震时桥梁的结构件部分与非结构件部分因较大的震动而震散掉落。同时桥梁整体性也是结构发挥空间作用的基本条件。无论是在平面还是在立面上，结构的布置都要力求使几何尺寸、质量和刚度均匀、对称、规整，避免突然变化。在桥梁抗震设计中，对于桥梁的各构件部分应当要求高规格的结构强度和延性。针对地震时对桥梁所产生的结构振动问题，在桥梁抗震设计中应当尽量将由桥梁地基传入桥梁结构的振动能量削弱至最小，减少其对桥梁的伤害，同时还应确保桥梁抗震设计后桥梁具有适当的强度、刚度和延性，用以避免不能容忍的破坏。从桥梁的总体强度和延性两个方面出发，在不增加重量、不降低桥梁刚度的情况下再提高桥梁抗震性。这是由于地震中地层振动传递至桥梁中时将导致桥梁的结构和构件产生周期性的反复变形。在桥梁抗震设计中应当结合各构件强度安全度的不同来构建桥梁在地震时的延性形式反应，确保桥梁不发生脆性破坏，从而确保桥梁具有良好的桥梁抗震性。我国桥梁抗震设计中多遵守的是“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的设计思想，通过不同结构件的强度区别最大限度地确保桥梁在地震时能够获得良好的抗性。

3 桥梁抗震设计方法

现代社会对于地震振动和地层在地震时的结构动力特性的研究更加深入，并在这些理论的基础上形成了多种抗震设计理论和桥梁抗震设计方法。在桥梁抗震设计中有以下几种设计方法：（1）构建新的桥梁减震结构。型钢混凝土结构相较于普通的钢筋混凝土结构在抗剪切承载性、延性方面更强，且滞回曲线更加饱满，对于地震有着更强的抗性。使得桥梁能够在地震发生时将桥梁的变形限制在可承受的范围内。减少桥梁在大塑性变性下所遭受的破坏。（2）利用桥墩延性减震，这一设计方法是在桥梁抗震设计中采用较多的一种设计方法，这一减震设计将桥墩某些部位在设计时增加更多的延性，在地震发生时，这些加强部位形成更加稳定的延性塑性铰并产生弹性变形，提高了桥梁的稳定性。（3）隔震支座法。隔震支座位于桥梁梁体与墩、台的连接处，使桥梁获得更好的柔性和阻尼以降低桥梁的地震反应。隔震支座设计能够使得桥梁获得更好的水平抗震性。此外，在桥梁设计中采用隔震支座和阻尼器相结合的系统，可以利用桥墩在地震作用下发生弹塑性变形来更多地消耗地震能量以实现桥梁的减震。

4 桥梁减震设计要点

在桥梁减震设计中需要注意以下几方面的问题：（1）在设计中多采用连续桥跨设计而减少简支梁跨设计的使用，连续桥跨设计能够有效地减少伸缩缝的数量，进而降低落梁发生的概率。（2）对于采用橡胶支座而无规定支座的桥梁在桥梁减震设计中应当在桥梁支座设计中设计支座加强，采用防移角钢或者加设挡轨的方式来提高支座的抗震性。（3）在桥梁设计前需要积极做好项目地地质勘测，并结合勘测数据对桥梁地基选址和桥型等进行更好的设计，用以使得桥梁具有更好的抗震性。（4）桥梁施工会遭遇各种复杂的地质状况，尤其是一些位于常年有水河流上的特大桥、大中桥等的工程设计时，需要结合当地的地质、环境等的因素做好桥梁的设计，尤其是地基设计时由于地基区域可能分布于河床或是滩涂区域，在这些区域中遭遇液化土或软土的概率相当大，为确保桥梁基础的稳固，多采用桩基础形式，且将桩尖埋入稳定土层内一定深度。（5）在地震多发区域进行桥梁设计时，应当在设计中尽可能地增加桥梁设计的整体性和规划性，避免突变的出现；从几何线性上看，尽量选用直线桥梁。在高墩桥梁的抗震设计中对于桥梁的上部与下部要避免全部采用刚性连接，而是应当选用减震支座作为上下部的连接形式，要结合桥梁设计合理地选择梁墩的搭接长度。

结语

桥梁抗震设计是一门实践性科学，在不断积累经验教训的过程中，桥梁设计和研究人员通过不斷努力，使桥梁抗震设计设计理论不断完善，未来设计出来的桥梁，能够更大程度地减小地震对于桥梁的影响，从而保障国家和人民的生命和财产安全。

参考文献

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