现代城市桥梁抗震设计的若干问题

刘伟伟，张万开，唐敏付

潍坊市市政工程设计研究院有限公司，山东潍坊 261031

现代城市桥梁抗震设计的若干问题

刘伟伟，张万开，唐敏付

潍坊市市政工程设计研究院有限公司，山东潍坊 261031

我国是地震灾害频发的国家，仅这几年就发生了汶川大地震、玉树大地震等，至于小地震则更是频发。一方面是精确预测地震是一个世界性的难题，另一方面是要尽量减少地震发生所带来的危害，所以建筑物能否抗震就显得尤为重要。限于作者的专业背景和学识，本文就简单的谈论一下当前城市桥梁在抗震设计上存在的一些问题，并提出相应的建议。

抗震设计；城市桥梁；高架桥；立交桥

当前，我国还没有成熟的城市桥梁设计规范，抗震设计就主要是参照铁路和公路的抗震规范。但是我国的公路抗震规范主要是采用强度抗震的“哲学”，在延性抗震及减震方法的设计上非常不足。并且城市的桥梁设计往往因为工期短，缺少抗震的规程约束，所以其很难满足延性抗震和减震隔震的要求。

另外，在本世纪发生的历次大的地震所记载的强震记录显示，地面地震的加速度峰值在0.8g～1.8g之间，相当于10级以上的强度，因此单靠增加桥梁的强度也是无法抵押和预防地震危害的。伴随着我国城市化进程的加快，城市桥梁的建设越来越多，而地震工程专家们也早就表示，城市桥梁单靠强度抗震是远远不够的，必须要研究结构抗震，提高桥梁抗震的延性或者是减、隔震措施。

1 加强城市桥梁抗震设计的重要性

世界上有很多次的地震都发生在城市当中，如我国在1978年的唐山大地震，美国1906年的旧金山大地震、美国1964年的阿拉斯加大地震、日本1968年的十胜冲大地震等待。而在地震当中，这些城市都五一例外的遭受到了重大的损失。地震造成巨大灾害除了体现在地震导致的桥梁、建筑物倒塌等，也体现在地震导致交通设施损毁后所带来的间接损失。

在城市交通设施遭受损坏以后，大量物资难以运送进去，群众脱离危险地带的难度也在加大，因此预防作为生命线的交通设施遭到地震的严重损毁就显得非常必要，其中作为交通枢纽的城市桥梁就更是如此。美国1971年发生的圣费尔南多地震，虽然只有6.6级，却摧毁了大部分的城内桥梁设施，造成的经济损失总和达到了10亿美元；1989年洛马·普里埃塔地震，再次使城内桥梁设施全新崩溃，造成经济损失总和达到了70亿美元；日本阪神地震，也仅为7.2级的中级地震，造成了城市高架桥、高速公路隧道桥、高速铁路隧道桥的坍塌，也造成了巨大的经济损失。

总的来说，理论和经验都告诉我们，加强城市桥梁的抗震设计非常重要。

2 城市桥梁的抗震设计存在的问题

现代城市桥梁主要以高架桥和立交桥为主，其在我国得到了快速的发展，这些交通建筑设施极大地改善了城市交通状况，对经济发展也有着非常重要的作用。但是在历次城市发生的大地震中显示，这些桥梁遭受损毁比较严重。比如说1974年发生在美国的诺斯雷奇地震，就直接摧毁了7座立交桥，3座高架桥，引起了洛杉矶北部地区的许多高速公路瘫痪。

笔者通过分析历史城市地震对城市桥梁的损毁，总结出了如下的几种破坏形式，具体地：1）地震造成的地面沉降不均或者是地面移动，导致桥梁弯曲不平或者是桥梁向一边倾斜；2）受地震影响，使砂土液化或者地面剧烈运动，而是桥梁整体向河心移动，并且受到挤压而损毁；3）地震直接导致桥梁的各链接部位破坏，进而摧毁桥梁；4）地震把桥墩损害，进而导致桥梁侧倒或者是坍塌；5）桥墩被剪切损毁，钢筋扭曲，混凝土压垮桥墩的部分区域，而造成桥梁侧倒；6）地震造成地面移动，进而使桥梁横向受到拉力过大，造成桥梁错位或者是侧倒；7）钢结构桥墩或者是钢结构桥梁变形；8）刚结构支座因为锚杆锻炼，导致桥梁局部破坏，或者落梁。

另外，作者也专门研读了关于这些桥梁设计的资料，这些曾经因地震而损毁的桥梁都是采用“强度设计”的理念，而很少考虑到延性设计或者是结构控制的手段。并且从资料的分析中，也发现那时地震规范基本上是“强度设计”，缺少结构延性设计和结构控制概念.从几次地震所造成损害来看,采用span by span （逐跨法）来设计的高架桥梁，其损毁程度更为严重。主要是因为连续的高架桥的结合部位往往设立在跨中钜较小的地方，主要是剪力传递，且构造简单。当遭受较大的地震时候，横向和竖向的复合振动下，结合部位容易受损，造成桥梁断裂和坍塌。

城市中的立交桥和高架桥的跨度往往都在20m～50m之间，而且大部分都是采用公路桥梁的防震规范来进行设计，并且这些规范中供参考的设计方法都是建立对公路分析的基础之上的，因此就对城市桥梁可能会面临的一些特殊要点考虑不到。比如说，大型复合立交桥就不能够将其简单分成几个单式桥梁来进行抗震设计，而必须要考虑到整个桥梁结构受到地震冲击时的影响等等。

3 对城市桥梁抗震设计的几点意见

地震造成的地面运动是无法预测的随机运动，因此仅仅通过被动的强度抗震设防并不能起到应有的作用，美国已有抗震专家提出新设计反映谱的建议，他们认为在同样强度的地震下，如果有一些不利因素影响，实际地震力可能增加到三到四倍；如果根据以往对地震的观测，而进行特定的结构强度设计，在不利情况下，实际地震力克增加到六到八倍，甚至是十倍以上。所以通过结构强度设计来抵御地震，不现实也不科学。实际的地震灾害也表明，城市桥梁损毁严重，也是因为其承受了较大的水平力。

当然，进行强度抗震虽不可行，但也并不意外着强度抗震完全不重要。经过综合考虑，笔者提出如下的城市桥梁抗震设计的建议：1）城市桥梁,包括高架桥、立交桥等都要采用多级的设防标准；2）对未来桥梁的抗震设计，要引入能力设计和概念设计的原则，也就是说通过对桥梁的抗震性进行分析，找出不能在地震区使用的设计结构，并且要找到新的可以抗震的新结构模型；3）结构抗震设计不仅仅是对结构强度和变位等的演算，更重要的是对整个机构系统的抗震能力进行分析；4）对桥梁的结构强度、结构控制、延变形、结构整体稳定都要在多级设防的原则之下进行设计；5）针对高架桥容易损毁的经验教训，专门开展对桥墩、抗震支座等的延性研究，不但对钢筋混凝土的延性，对高强混凝土结构、混合结构等都要进行分析；6）根据我国的国情，研究适合我国各地区特点的结构控制的有效模式，尤其要使用“以柔克刚”的原则作为震区桥梁防震设计的出发点，改掉原先“以刚克刚”的传统抗震设防观点；7）加快编写并完善我国城市桥梁抗震的设计规程等。

[1]韩鹏，等.城市轨道交通高架桥梁抗震设计中的关键问题.震灾防御技术，2010(1).

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1674-6708（2012）59-0036-01