浅谈当下桥梁的抗震设计

■李 辉 ■四川中恒工程设计研究院有限公司广西分公司，广西 南宁 530001

我国是一个地震发生频率较高的国家，地震灾害的发生将会对地面建筑物产生严重破坏，甚至造成大量的人员死亡，还会将交通阻断。公路桥梁、铁路桥梁壹级城市高架桥一旦遭到破坏，后续补救工作将会非常艰难。为了对人民的生命财产安全及桥梁设施的完好进行保证，同时将公路运输在抗震救灾中的作用更好的发挥出来，应该在桥梁设计中对抗震设计加以重视。

1 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。

2 桥梁抗震设计方法的发展

2.1 基于强度的抗震设计

传统抗震设计主要采用基于强度的抗震设计，这种设计方法主要是指将地震力作为静荷载展开结构分析，然后将结构失效准则定义为结构构件强度、刚度是否达到极限状态。此种方法的主要缺陷是，在强震作用下，要求构件保持弹性状态，从而导致造价高昂。

2.2 基于延性的抗震设计

由于传统的基于强度的抗震设计理念的缺陷，很多学者提出了强震作用下将构件进入塑性工作范围的理念进行考虑，利用结构的延性进行抗震。这种设计方法主要利用地震力修正系数对反应谱加速度的地震内力进行调整，将不同结构的延性需求反映出来。该方法的主要缺点是，整个结构的抗震设防水准是一样的，不能对重要性不同的构件区别对待，也造成一定的浪费。

2.3 基于性能的抗震设计

为克服基于延性的抗震设计方法的不足，抗震工程界提出了基于性能的抗震设计理念，其主要思想是:根据结构的重要性、用途及结构破坏后引起的后果的严重性确定其性能目标，在此基础上提出不同的抗震设防水准，使用的过程中结构具备预期的功能，使不同性能目标要求得到满足。该思想是一种基于投资和结构使用效益的综合平衡设防思想，在工程界中得到了广泛赞同，但是因为受到地震作用效应复杂性的影响，加上影响结构性能因素的众多，因此该抗震设计方法目前主要停留在概念设计阶段。

2.4 基于位移的抗震设计

基于位移的抗震设计理念是:结构在地震作用下产生变形，从而在宏观上表现为位移。目标位移的设置应按照不同的地震设防水准来设定，通过设计在给定水准作用下结构可以达到预先指定的目标位移，最终实现对其地震行为的有效控制。目前，基于性能的抗震设计主要往往是利用基于位移的设计来实现的。

3 桥梁抗震设计措施

3.1 总体设计中应注意的问题

这种抗震设计思想从概念设计入手，从宏观上研究结构抗震性能的合理性，从而降低结构在地震作用下的震害。在桥梁设计中，一般要注意以下问题。

3.1.1 桥位选择

桥位应选在地质稳定、土体坚硬的场地，避开土体松软的场地。如桥位受限，难以避开土体松软的场地，则尽量使桥梁与河道正交。在松软地基上的一些特大桥、大中桥，在发生地震时很容易出现河岸滑移使桥台向河心移动的现象，导致全桥长度的缩短，如桥梁与河道斜交就会使得梁体在地震中产生扭曲破坏。

3.1.2 桥型选择

不同的结构形式对地震的响应是不一样的，根据地震灾害统计数据表明，纵向落梁占桥梁震害的绝大多数，约暂97%。因此在桥型选择上宜选择结构简单，整体性好，有可靠纵向、横向连接的桥型。如连续结构优于简支结构，正交桥梁优于斜桥、曲线梁桥。

3.1.3 桥孔布置

在桥孔布置时，应兼顾防震能力与通过能力，以防震能力为主。一般来说，在地震多发地带宜采用等跨桥孔布置方式，两侧桥孔对称，同时采用低矮的桥墩。桥梁整体设计在满足使用要求的前提下，尽量减少梁体重量，减少没必要的附属结构，以简洁为主。

3.2 桥梁抗震构造的措施

(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。

4 结语

综上所述，在桥梁设计过程中，桥梁结构抗震设计是非常重要的一个环节，在现在我国的铁路、公路大规模建设过程中，桥梁结构的安全问题已经引起大家的关注。在桥梁设计中一定要采取合理的抗震措施，从而促进桥梁适用性、耐久性、安全性的进一步完善与提升。

［1］孙峻岭.索结构桥梁的抗震设计和抗震加固策略美国现行实践概述［J］.交通建设与管理，2010(4):44 －53.

［2］贡金鑫，张勤，王雪婷.从汶川地震桥梁震害看现行国内外桥梁的抗震设计方法(一)——抗震设防标准与地震计算［J］.公路交通科技，2010(9):44－54.

［3］王克海，李冲，李悦.中国公路桥梁抗震设计规范中存在的问题及改进建议［J］.建筑科学与工程学报，2013(2):95－103.

［4］刘健新，赵国辉，李加武.汶川地震及中国公路桥梁抗震设计规范的变迁［J］.交通科学与工程，2009(1):21－25.