桥梁抗震设计及要点分析

胡志刚　于长久

摘 要：随着经济的快速发展，我国的道路桥梁行业取得了巨大进步。桥梁作为经济发展的重要载体，其强度和稳定性极为重要。近年来，我国部分地区地震灾害频繁发生，许多桥梁在地震作用下受到较严重的破坏，不仅带来巨大的财产损失，人民群众的生命安全也受到了威胁。所以在桥梁建设过程中，需要对桥梁抗震设计的要点进行分析，及时发现抗震设计中存在的不足之处，强化桥梁的抗震能力。文中从地震对桥梁的破坏原因入手，对桥梁的抗震设计原理及抗震设计进行了分析，并进一步对桥梁抗震设计要点进行了具体的阐述。

关键词：桥梁；抗震设计；设计原理；设计要点

前言

近年来，各种自然灾害频繁发生，特别是地震发生后所带来的破坏，给人们的生命财产带来了巨大损失，所以做好抗震防灾至关重要。在地震灾害发生后，公路桥梁往往会受到较大的破坏，无法在第一时间进行抗震救灾。特别是桥梁作为交通的枢纽，其在设计时如果抗震设计达不到规定的要求，则在地震中抗震能力会较弱，受到的破坏也较大。所以为了确保桥梁具有较好的抗震强度和稳定性，则需要在设计时对抗震能力做出较高的要求，并进一步加强对桥梁抗震性能的研究，确保桥梁工程具有良好的抗震能力，能够承载地震所带来的灾害侵蚀，充分的发挥其交通枢纽的作用。

1 地震对桥梁的破坏原因分析

1.1 桥台

往往在地震发生后，桥台与路基会发生滑移的情况，从而导致桩柱式桥台的桩柱出现倾斜、拆断和开裂的现象。而一些重力式桥台，在地震发生时，往往会出现胸墙开裂及台体移动等情况，同时桥头引道也会发生沉降，施工缝错开等。

1.2 桥墩

桥墩破坏主要表现为桥墩沉降、倾斜、移位，墩身开裂、剪断，受压缘混凝土崩溃，钢筋裸露屈曲，桥墩与基础连接处开裂、折断等。

1.3 支座

由于桥梁支座在设计时对抗震性能考虑不周，因此在地震作用下，支座会出现较大的位移和变形，很多时候极易导致支座锚固螺栓剪断及支座脱落、破坏等情况发生，使结构力在传递形式上发生较大的变化，从而使其他结构部位发生损坏。

1.4 主梁

地震力作用下，桥台、桥墩等出现倾斜及倒塌等情况，从而导致支座受到不同程度破坏，梁体发生碰撞，严重时会导致主梁发生坠梁。

1.5 地基与基础

桥梁在地震力作用下出现倒塌，多数情况下是由于地基与基础受到严重破坏所导致的，而且这种情况下要想在地震后对桥梁进行修复也存在较大的难度。在地震力作用下，地基砂土会出现液化、基础沉降及稳定性较差等情况发生，而且地面也会有较大的变形出现，从而导致地层出现不同程度的滑移、下沉等，最终地基受到较大的破坏。

1.6 桥梁结构

当地震发生时，桥梁结构构造及连接会出现不同程度的损坏，而且桥台台后填土也会出现较大的位移，这就会导致桥台出现不同程度的沉降，桥墩会由于受到过大的扭矩而被破坏，从而导致桥梁结构破损。

2 桥梁的抗震设计原理

2.1 静力法

由于静力法设计时是将桥梁结构本身动力特性对结构所带来的影响忽略掉，而将地震加速度看作是桥梁结构受到破坏的唯一因素，这就导致这种设计原理在应用过程中只对绝对刚性的物体才能有效果，具有较大的局限性。

2.2 反应谱法

目前我国的公路及铁路桥梁均主要采用反应谱方法。反应谱法的思路是对桥梁结构进行动力特性分析（固有频率，主振型），对各主振动应用谱曲线作某强震记录的最大地震反应计算，最后一般通过统计理论对各主振型最大反应值进行组合，近似求得结构的整体最大反应值。

2.3 动态时程分析法

动态时程分析法是上世纪六十年代以后伴随有限元法、计算机技术两方面的发展而出现的。该法把大型桥梁结构离散成多节点、多自由度的结构有限元动力计算模型，将地震强迫振动的激振（地震加速度时程）直接输入，借助计算机逐步积分求解结构反应时程。

3 桥梁的抗震设计

3.1 对常规的简支桥梁结构应加强桥面的连续构造，以及需提供足够的加固宽度以防止主梁发生位移落梁，另外还应适当的加宽墩台顶盖梁及支座的宽度，并增设防止位移的隔挡装置。对采用橡胶支座而无固定支座的桥跨，应加设防移角钢或设挡轨，作为支座的抗震设计。

3.2 在地震区的桥梁结构以采用跨度相等、每联连续跨内下部墩身刚度相等为宜。跨度不均，墩身刚度不等极易发生震害。对各墩高度相差较大的情况可采用调整墩顶支座尺寸和桩顶设允许墩身位移的套筒来调整各墩的刚度，以便使刚度尽量保持一致。地震区桥跨不宜太长，大跨度意味着墩柱承受的轴向力过大，从而降低墩柱的延性力。

3.3 对高烈度区的桥梁设计应在纵向设置一定的消能装置，如采用减、隔震支座，以及在梁体和墩台的连接处增加结构的柔性和阻尼以便共同受力和减小水平桥梁荷载。

3.4 由于拱桥对支座水平位移十分敏感，而两边桥台的非同步激振会引起较大的伪静力反应，有时甚至会大于惯性力所引起的动力反应，因此要求震区的拱桥墩台基础务必设置于整体岩盘或同一类型的场址以保证震时各支座的同步激振。

3.5 墩柱设计中应尽可能的使用螺旋形箍筋，以便为墩柱提供足够的约束。另外墩身及基础的纵向钢盘伸入盖梁和承台应有一定的锚固长度以增强连接点的延性，并且，桥墩基脚处应有足够的抵抗墩柱弯矩与剪切力的能力，不允许有塑性铰接。

3.6 采用上部结构和桥墩完全连接的刚构体系，并且桩尖穿过可液化层达到坚硬土层上，由于结构的超静定次数增大和坚实的桩尖承载能力的保证，减少了由于土壤变形而失效的可能性。

4 桥梁抗震设计要点

4.1 在进行桥梁抗震设计时，需要对结构强度、延性变形、结构整体稳定性等方面进行多级设防，且都要达到规定的标准要求，只有这样才能确保桥梁抗震性能能够达到预期的效果。

4.2 在进行桥梁抗震设计时，由于一些结构对于地震区不具有适应性，所以在地震区内这类结构不宜进行修建，因此需要强化对抗震性能的研究，确保所建设的结构能够更好的适应地震的作用力。另外在进行桥梁抗震设计时，无论是对结构强度的验算还是变位的验算都不应被动进行，需要对结构行为能力的设计进行系统考虑，从设计方面更好的提高结构的抗震能力。

4.3 为了更好的提高桥梁抗震性能，则需要强化对抗震延性的研究。由于在地震作用力下，大量的高架桥都出现了倒塌的现象，所以需要充分的利用约束混凝土的概念，加强对抗震支座及各种形式桥墩的延性研究，从而有效的提高抗震延性，减少桥梁在地震力作用下倒塌事故的发生。

4.4 在地震区内进行桥梁设计时，需要从地震区结构抗震设防出发，针对地裂、边坡倒塌及沙土液化时所给桥梁结构带来的影响进行深入的分析，从而采取科学的抗震设防等级，确保桥梁的强度和稳定性。

5 结束语

地震作为自然灾害，目前还无法准确的进行提前预测，但我们可以提前采取相应的预防措施，以减少地震所带来的损失发生。所以在桥梁设计时，需要充分的考虑到地震对结构所带来的破坏规律，针对具体的地质环境条件来制定科学、合理及经济的抗震措施，尽可能的降低地震所带来的影响。

参考文献

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