浅析明石海峡大桥的抗震设计

摘要：日本是世界上受地震灾害最多的国家，明石海峡大桥坐落在日本神户市与淡路岛之间，本文首先对明石海峡大桥作了简介，然后对桥梁抗震设计方法的发展做了简要的介绍，在此基础上，对明石海峡大桥抗震设计的措施进行了简明的探讨。

关键词：明石海峡大桥；桥梁震害；抗震设计；措施

前言：地震具有突发性和强破坏力的特点，现在人口的聚集度也随着经济的发展渐渐增大，而日本作为地震的多发地带，地震不仅造成许多的人员伤亡，更导致了财产的损失和各种建筑物的破坏。同时，桥梁作为重要的交通设施，为了减少不必要的损失，挺高桥梁的抗震性能是义不容辞的是，下面就日本明石海峡大桥浅析桥梁的抗震设计。

1 工程概况

坐落在日本神户市与淡路岛之间的日本明石海峡是世界上目前最长的吊桥，主桥墩跨度1991米，全长为3911米。基础半径达40米，两座主桥墩水中部分高60米，海拔达297米，。两条主钢缆总长约8000米，由290根细钢缆组成主缆的直径1.12米，重量达到5万吨。明石海峡大桥按可以承受里氏8.5级强烈地震和抗80m/s的暴风设计。它最终实现了日本人想修建一座系列桥梁把4个大岛连在一起的愿望，创造了21世纪世界建桥史的新纪录。本桥桥面设有6车道，通航净空高为65m。该桥2根主缆直径为世界上直径最大的主缆，极限强度为1800 MPa。1995年1月，日本神户地区发生里氏7.2级地震，震中位于明石海峡大桥南端，距神户几公里。明石海峡大桥经历了一次严峻的抗震检验，当时在距该桥50 km远的桥梁与建筑都已经倒塌。因此，明石海峡大桥的抗震性能确实值得我们信任。

2 桥梁震害

从结构抗震设计的角度出发，可以将桥梁震害归为两大类——地基失效和结构强烈振动。两者因此造成破坏的原因截然不同：地基失效是相对位移引起的结构破坏，这源于地基失效产生的，这归属于静力作用；而结构强烈振动是惯性力引起的破坏，这源于振动而产生的，这动力作用。

2.1地基失效引起的破坏

地基失效， 通常意义上指的是由地震而引起的使地基失去承载力的现象。强烈地震时，许多原因都会造成地基产生不均匀沉降、滑动、开裂等，如滑坡、地裂缝、砂土液化、滑坡、滑坡等，进而丧失稳定性和承载力，使桥梁结构遭受到毁灭性破坏。通常来说，人为工程对于这类破坏现象的抵御是极为有限的， 因此，为了避免这类现象，完全是可以通过场地的选择。

2.2结构强烈振动引起的破坏

在发生地震时，地面运动是引起桥梁主体结构的振动的根本原因，它使结构的变形和内力大幅度地上升，是导致桥梁结构破坏以至于倒塌的原因。因此，工程师们便总结出有以下原因导致桥梁破坏：

2.2.1导致结构破坏的外部因素，主要是结构预期设计的强度远远小于遭遇的地震震动强度，桥梁结构无法承受而遭到破坏；

2.2.2导致结构破坏的内因主要有两个方面：一是施工方法上存在缺陷，再者就是细部构造和结构设计。因为地震动的未知性和复杂性，因此就显得尤为重要，地震动特性不敏感的部位的设计。地震学家到目前为止，仍然没有办法准确地预知所选的桥址在将来会发生的地震的可能性，发生的地震的大小亦未可知。

3 桥梁震害的防治

3.1桥位选择

尽量远离地质松散和软弱的地点，选择地质坚硬的地方；此外，不稳定的坡地也不应该作为桥址的选地。同时也应该考虑该处的历史最高水流。

3.2基础抗震

加大基础的横截面积，同时考虑到基础的质量，使二者达到最优选择，是对基础的刚度和整体性的加强，是为了避免因地震而引起的不均匀沉降和变形。

3.3桥台抗震

应对桥台胸墙进行巩固加强， 并适当增加其配筋，设置弹性垫块在梁与梁以及桥台胸墙与梁之间，使地震的冲击力大大地减弱。 对于使用浅基础的小桥， 应对下部的支撑梁板进行加强或做满河床铺砌，以防止在地震时，墩台发生横向和侧向滑移。

3.4桥塔抗震

对于吊桥来说，桥塔抗震性能对于桥梁整体的抗震性来说，有着至关重要的位置，适当增加桥塔的弹性以及稳定性关乎着桥梁的安全起着不容忽视的作用。

3.5外部装置抗震

对高烈度区的桥梁设计应在纵向设置一定的消能装置，例如采用减震和隔震支座，以及在梁体和墩台的连接处，增加结构的柔性和阻尼，使其共同受力以便减小桥梁的水平荷载。

4 明石海峡大桥的抗震措施

4.1基础抗震措施

首先，桥基的直径也达到前所未有的80米长度，这很大的增强了桥基的刚度和整体性。它可以明显的防止地震所引起动态及永久的不均匀变形。

4.2桥塔的抗震措施

首先一改以往用混泥土制作桥塔，明石海峡大桥采用钢材制作桥塔。这大大的减小了桥塔的质量，同时，钢材具有很强的弹性，造桥工程师们相信这种材料可以抵御里氏8.5级地震。该桥塔使用了9万多吨钢材，每个桥塔由90个模块构成，每个模块都经过仔细打磨，误差达到几分之一毫米的精度，每个桥塔由70多万螺栓固定，最终桥塔达到283m，垂直误差不到一个拇指。同时使用钢材它的弹性可以左右摇摆，所以足于应付地震造成的伤害。

4.3上部结构抗震措施

两个桥塔都有特殊的防震设计，内部都装有20个大型震动吸收设备——摆锤（阻尼装置），帮助桥塔抵御地震的袭击。这些摆锤可以向任何方向摆动，震动向任何推动桥塔，摆锤就会向反方向摆动。从而大大地降低了由地震和风力产生的震动作用。此外，明石海峡大桥也采取了隔震措施，它在桥梁的上部结构和桥台与桥墩之间安装了铅芯橡胶支座，从而是桥梁的主题结构横向运动受到阻止。

5 结束语

本文只是粗略的探讨了就明石海峡大桥的抗震措施。在目前，桥梁在运输方面起着至关重要的作用，然而，科学家们仍然无法准确地预测地震，故而增强桥梁的抗震性能，仍是每个造桥工程师们为减少桥梁经济损失和减少人员伤亡的根本措施。

参考文献：

[1] 杨晓黄.浅谈桥梁的抗震设计与措施[J].黑龙江交通科技，2013，05：98.

[2] 刘雯.大跨度斜拉桥的抗震分析[D].合肥工业大学，2009.

[3] 陈飞.桥梁动力计算及涡振研究[D].长安大学，2009.

作者简介：蒋敏（1992-），男，四川德阳人，攀枝花学院本科，研究方向：土木工程endprint