浅析桥梁抗震设计

浅析桥梁抗震设计

毛恺

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【摘 要】只有不断去完善，桥梁的防震设计才能使人们在突发的地震中得到安全的保障， 也对桥梁事业的发展注入蓬勃的生机。

我国地震时常发生，震害强烈，破坏力大。因此，对于我国的公路桥梁工程建筑来说， 必须要加强防震措施，减少地震带来的损失。我国安全防灾等相关部门要不断加强公路桥梁质量规范和设计， 推进抗震措施的理论发展和实践技术，来保障人民财产在地震灾害中不受较大的损失，促进社会的和谐发展。

一、桥梁震害现象分析

通过对我国震例的调查和研究，对桥梁结构抗震性能的分析，可以对我国桥梁震害现象进行以下分析： 首先，地基与基础破坏。地基破坏发生的原因主要有： 不均匀沉降、稳定性不足等，这些因素都可能会造成地层水平滑移、断裂、下沉，最终结构物遭到破坏。基础破坏和地基破坏之间存在非常密切的关系，一旦地震对结构周围地基产生影响，结构的强度就会变低，很容易出现基础沉降或者滑移现象，甚至可能出现剪断、倾斜破坏等一系列现象，最终出现墩台倾斜、折断或者倒塌。其次，桥台沉陷。地震发生时，如果桥台后填土与桥台并没有完全固结在一起，填土纵向土压力会增大，同时被动土压力会非常大，进而出现桥台向桥跨方向移动的趋势。加上受到桥面支撑作用的影响，桥台会产生竖向旋转，从而导致基础破坏。第三，墩柱破坏。主要涉及到弯曲延性不足、剪切强度不足、弯曲强度不足等，通常会引起连锁反应。第四，支座破坏。在地震力的影响下，可能会拔出、剪断支座锚固螺栓等，最终导致结构力传递形式发生变化。第五，落梁破坏。当支撑连接构件失效后，结构位移就会加大，梁体之间会出现相互冲击，甚至落梁等现象的发生。

二、桥梁的抗震设计

1、 抗震概念设计

地震的发生存在多种偶然的复杂性因素，使得结构计算模型需要的假定结果与实际情况存在较大差异，以致计算机在一定程度上难以预测抗震性能。所以，在桥梁结构抗震设计中，不一定要完全信赖计算， 概念设计其实比计算设计更加准确可信。优秀的概念设计使得桥梁结构的抗震性能更加出色。优秀的概念设计需要根据桥梁的功能和结构做出相应的力学分析，设计出独特的防震结构体系。抗震桥梁设计时，应对动力特征进行简单分析和对震力进行预测，找到桥梁结构设计的薄弱部位进行加固；然后对上、下部结构连接部位和过渡孔处连接部位及塑性铰预期部位和桥墩形式的选取、构造设计等进行分析同时做出相应的补救措施，防治桥梁出现坍塌，来保证桥梁结构的经济性、抗震安全性和选择结构体系正确性。最后，应根据分析结果对抗震性能的好坏进行综合性评定，根据分析结果再对设计方案进行不断的修改和完善，力求达到最佳。

2、延性抗震设计

桥梁的抗震设计，要对预期会出现的塑性铰部位进行配筋设计计算，对其进行加固和防护；同时为保证抗震安全性，对桥梁结构进行分析，直到通过抗震能力检测。考虑多数条件，多种墩高和场地及多种地震烈度的情况， 在进行桥墩线弹性最大弯矩比和非线性位移延性比参数的变化规律分析是通过大量数据分析统计和计算得到的，根据随机地震反应理论和动力计算，总结出估算解决桥墩位移延性的方法，降低地震所造成的危害。

3、桥梁减、隔震设计

进行桥梁减震和隔震设计可以较好地提高桥梁抗震能力，并且具有简便、先进、经济等优点。减隔震支座的设计装置使得结构消耗的能量较少同时增大结构的振型周期，降低了地震时的震波频率，良好的自我复位能力结合了结构特点选取适当的建设方案，建立相应的建造参数，合理有效的使得结构地震的反应程度降低，使地震后桥梁上部结构基本能够恢复到原来的位置，最大程度的减少了桥梁建筑损失程度。

4、场地的选择

在场地选择的过程中，应该选择有利于桥梁抗震的地势基础。其中有利于抗震的地段主要指一些土壤条件好和比较坚实的地段。不利于桥梁抗震的地段主要是指在地震的过程中可能发生陷落的松软地段以及土壤成因、岩石状态和性质都不明显的地段。如果因为特殊原因无法避开这些路段，就要采取必要的措施来加强地段的抗震能力。对于在地震过程中会滑移或者是地面出现开裂情况的地段，可以采用稳定地基的措施。只有建立良好的地基基础，桥梁建设的质量才有一定的保障。

5、拉索式桥梁梁板连梁装置设计

首先根据拉索容许抗拉力来确定公路桥梁拉索式设计的拉索数量，我们假定某受力面上的拉索平均分担设计地震荷载冲击力， 然后就可以通过公式来确定：每根拉锁承受的设计荷载=桥梁梁板连梁装置设计地震冲击最大破坏力/拉锁数量≦拉索设计抗拉力。

6、桥梁梁板连梁装置设计的移动量

公路桥梁的桥梁梁板连梁装置的设计最大纵向位移量要在以最大的结构破坏力为限的基础上小于梁的搁置长度。可以允许的纵向位移量移动范围可以根据以下公式计算：橡胶支座的允许剪切变形量≦桥梁（使用橡胶支座）桥梁梁板连梁装置的设计纵向移动量，横向位移主要由桥梁抗震档块控制。

7、桥梁缓冲装置的设计

桥梁缓冲装置中使用的缓冲橡胶材料一般选氯丁橡胶或工程橡胶材料，其硬度和允许压应力应满足缓冲地震冲击力的要求，然后通过公式可以得出桥梁橡胶缓冲装置的压应力：橡胶缓冲应力=桥梁梁板连梁装置的设计地震最大破坏力/缓冲装置橡胶的受压面积。

三、桥梁抗震的措施

1、 加强桥梁的整体性，避免落梁。针对常规梁桥来说，应加强桥梁纵向联系，适当增加梁宽以防止主梁出现位移落梁的现象，同时还应对墩台顶盖梁、支座的宽度适当的加宽，并适当增设抗震挡块等装置。

2、 注重结构的规则性，避免扭曲破坏。桥梁总体设计时，应该注意连续跨内下部墩身刚度相近，跨径对称布设，从而减小地震作用下的扭曲效应。此外，应对地震区桥跨设计长度进行注意，以避免出现墩柱承受轴向力过大的现象，最终使墩柱的延性得到降低。

3、消能、隔振设计。位于高烈度区的桥梁，应将消能装置设置在纵向位置上，还可以将结构阻尼设置在梁体或者墩台位置上，形成消能机制。

4、 加强基础的整体性和刚度。如果桥梁位于可能发生地震液化的地基上，可是采用深基础，使桩穿过可能液化的土层，并将其埋人较稳定密实的土层内一定深度。

5、尽可能对桥轴线进行直线设计， 主要原因为曲线梁将导致地震作用下结构反应较为复杂， 确保桥台垂直于桥墩、桥轴线， 斜交将会导致转动响应的出现， 进而增加位移。在桥梁抗震设计中要尽可能不用伸缩缝， 确保桥面的连续性。

6、尽可能不要在软土或砂土上进行桥梁基础建设， 要在岩石或坚硬冲击土上进行基础建设， 这样可以有效避免地震等灾害对工程建设的损害。确保顺着纵、横桥向的桥墩刚度相同，如刚度具有较大改变， 地震过程中桥墩破坏程度较大。

7、在桥梁工程抗震设计中， 尽可能选用小跨径， 这样在地震作用下， 小跨径桥梁墩柱轴向力小， 将极大降低墩柱的延性。要在墩柱上设置塑性铰， 这样可以为观测、修复提供方便。在桥梁应选用大变形能力的结构。在抗震防线设置中应选用超静定结构， 不能选用静定结构。

综上所述，只有不断去完善，桥梁的防震设计才能使人们在突发的地震中得到安全的保障， 也对桥梁事业的发展注入蓬勃的生机。

参考文献：

[1] 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）

[2] 刘志强.浅析桥梁抗震设计的重要性[J]. 城市建筑. 2014（02）

[3] 马祥骏，彭汉杰，杨志田.浅谈桥梁抗震设计[J]. 山东交通科技. 2012（01）