市政桥梁抗震设计

市政桥梁抗震设计

张梦

天津市合兴工程管理咨询有限公司天津300000

摘要：市政桥梁工程在城市交通网络中起着重要的枢纽作用，但市政桥梁容易受到地震等自然灾害的破坏作用，从而造成人员伤亡和财产损失，并使交通中断。本文简单介绍了地震形成的原因及对桥梁造成的危害，并探讨了简支梁桥和连续梁桥防震抗震的设计方案和措施，指出了在市政桥梁抗震设计中应注意的问题，最后提出了强化市政桥梁抗震设计的建议。

关键词：市政市政桥梁；抗震设计；减隔震设计

引言

我国是一个多地震国家，地震灾害会使大量地面建筑物和各种设施遭到破坏，造成大量人员伤亡，甚至严重地阻断交通。尤其位于震中的城市道路基础设施受到严重破坏，市政桥梁破坏尤为严重，市政桥梁结构主要为简支梁桥（含先简支后桥面连续）、连续梁桥和拱桥。本文主要对简支梁桥和连续梁桥震害类型及抗震设计做简要分析。

一.市政桥梁地震灾害成因

1.震害原因

大量的震害分析表明，引起桥梁震害的原因主要有四个

（1）所发生的地震强度超过了抗震设防标准，这是无法预料的；

（2）桥梁场地对抗震不利，地震引起地基失效或地基变形；

（3）桥梁结构设计、施工错误；

（4）桥梁结构本身抗震能力不足。

2.结构原因

从结构抗震设计的观点出发，可以将桥梁震害归为两大类，即地基失效引起的破坏和结构强烈振动引起的破坏。两者破坏的原因不同：前者属于静力作用，是由于地基失效产生的相对位移引起的结构破坏；后者属于动力作用，是由于振动产生的惯性力引起的破坏。

1）地基失效引起的破坏

地基失效指的是由地基丧失承载能力的现象。强烈地震时，地裂缝、滑坡、沙土液化、软土震陷等，都是使地基产生开裂、滑动、不均匀沉降等，进而丧失稳定性和承载力，使建造在上面的桥梁结构受到破坏。一般来说，这类破坏现象是人为工程难以抵御的，因此应尽量通过场地选择避免。

2）结构强烈振动引起的破坏

地震时，地面运动引起桥梁结构的振动，使结构的内力和变形大幅度地增加，从而导致结构破坏甚至倒塌。这类破坏主要源于两方面的原因：一是结构遭受的地震动强度远远超过设计预期的强度，结构无法抵御而破坏，这是导致结构破坏的外因；二是在结构设计和细部构造以及施工方法上存在缺陷，这是导致结构破坏的内因。由于地震动的不确定性和复杂性，人们目前还无法准确预测桥址未来可能发生的地震动，所以，设计对地震动特性不敏感的结构就显得特别重要。

二.市政桥梁工程抗震设计流程

桥梁工程在其使用期内，要承受多种作用的影响，包括永久作用、可变作用和偶然作用三大类。地震是桥梁工程的一种偶然作用，在使用期内不一定会出现，但一旦出现，对结构的影响很大。桥梁工程必须首先确保运行功能，即满足永久作用和可变作用的要求，这是静力设计的目标。其次。保证桥梁工程在地震下的安全性也非常重要，因此要进行抗震设计。目前，桥梁工程的抗震设计一般配合静力设计进行，并贯穿桥梁结构设计的全过程。

与静力设计一样，桥梁工程的抗震设计也是一项综合性的工作。桥梁抗震设计的任务，是选择合理的结构形式，并为结构提供较强的抗震能力。具体来说，要正确选择能够有效地抵抗地震作用的结构形式，合理地分配结构的刚度、质量和阻尼等的分布，并正确估计地震可能对结构造成的破坏，以便通过结构、构造和其他抗震措施，使损失控制在限定的范围内。

桥梁工程的抗震设计过程一般包括七个步骤，即抗震设防标准选定、地震输入选择、抗震概念设计、延性抗震设计（或减隔震设计）、地震反应分析、抗震性能验算以及抗震措施选择

三．市政桥梁抗震设计原则

合理的抗震设计，要求设计出来的结构，在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合，使结构能够经济地实现抗震设防的目标，要达到这个要求，就需要设计工程师深入了解对结构地震反应有重要影响的基本因素，并具有丰富的经验和创造力，而不仅仅只是按照规范的规定执行。以下，介绍抗震设计应尽可能遵循的一些基本原则，这些原则基于历次的工程结构震害教训和当前公认的理论认识。主要包括：场地选择，体系的整体性和规则性，结构和构件的强度与延性的均衡，能力设计原则和多道抗震防线。

1.场地选择

除了根据地震安全性分析尽量选择比较安全的场址之外，还要考虑一个地区内的场地选择。

选择的基本原则是：避开地震时可能发生地基失效的松软场地，选择坚硬场地。基岩、坚实的碎石类地基、硬粘土地基都是理想的场地；饱和松散粉细沙、人工填土和极软的粘土地基或不稳定的坡地及其影响的场所都是应避开的地区。在地基稳定的条件下，还可以考虑结构与地基的振动特性，力求避免共振影响；在软弱地基上，设计时要注意基础的整体性，以防止地震引起的动态的和永久的不均匀变形。

2.体系的整体性和规则性

结构的整体性要好。对于桥梁结构，上部结构应尽可能设计成连续的。整体性可防止结构结件即非结构构件在地震时被震散掉落，同时它也是结构发挥空间作用的基本条件。

无论是在平面或立面上，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。

3.结构和构件的强度与延性的均衡

强度与延性是决定结构抗震设计能力的两个重要参数。只重视强度而忽视延性绝对不是良好的抗震设计。

一般而言，结构具有的延性水平越高，相应的设计地震力可以取得越小，结构所需的强度也越低；反过来，结构具有的强度越高，结构所需具备的延性水平则越低。必须认识到，所选择的延性水平将直接影响到结构的地震破坏程度。这是因为结构延性的发挥即意味着结构在设计地震动作用下将经历若干次反复的弹塑性变形循环，也即意味着结构将出现一定程度的破坏。一般情况下，结构经历的非弹性变形越大，其破坏程度也越高。因此，在设计抗震结构时，应当在强度和延性水平之间取得适当的均衡。

4.能力设计原则

传统的静力设计思想认为，理想的设计是使结构各构件都具有近似相等的安全度，即结构中不要存在局部的薄弱环节。但由于结构各构件的重要程度并不相同，实际上即使是对于静力设计而言，等安全度设计思想也并不合适，对于抗震设计，则更是存在严重的缺陷。

能力设计思想强调强度安全度差异，即在不同构件（延性构件和能力保护构件——不适宜发生非弹性变形的构件统称为能力保护构件）和不同破坏模式（延性破坏和脆性破坏模式）之间确立不同的强度安全度。通过强度安全度差异，确保结构在大地震下以延性形式反应，不发生脆性的破坏模式。

5.多道抗震防线

应力图使工程结构具有多道抵抗地震侧向力的体系，则在强地震动过程中，一道防线破坏后尚有第二道防线可以支承结构，避免倒塌。因此，超静定结构优于同种类型的静定结构。与建筑构造相比，桥梁结构在这方面可利用的余地通常并不大。

四.市政桥梁抗震设计措施

1.对结构抗震的薄弱环节在构造上予以加强；

2.对结构各部加强整体联结；

3.对梁式桥，要在墩台上设置防止落梁的纵、横向挡块，以及上部结构之间的连接件；

4.加强桥梁支座的锚固；

5.加强墩台及基础结构的整体性，增强配筋，提高结构的延性；

6.对桥位处的不良土质应采取必要的土层加固措施；

7.须特别重视施工质量，如施工接缝处的强度保证等；

8.在重要的大桥上，必要时需采用减震消能装置，如橡胶垫块，特制的消能支座等。

五.结语

市政桥梁结构有效的抗震措施还有许多，因此我们在市政桥梁设计过程中须认真分析和了解结构的地震反应和特性，精心设计并采取一系列有效的抗震措施。市政桥梁抗震设计是一项系统工程，体现在设计的各个阶段，需要认真对待。

参考文献：

[1]《城市桥梁抗震设计规范》（CJJ166-2011）住房和城乡建设部2011.7

[2]任山江.解析市政桥梁抗震设计[J].科技与创新，2014（08）：63-64.

[3]习强，桥梁抗震设计及减隔震技术应用[J].交通世界，2018（12）