公路桥梁抗震设计存在的问题及改进

李快若　范晓艳

【摘要】随着公路桥梁抗震设计要求的不断提高，研究其存在问题及改进凸显出重要意义。本文首先介绍了公路桥梁所受震害的主要形式，分析了公路桥梁发生严重震害的原因。在探讨抗震设计要点的基础上，提出了公路桥梁抗震设计的改进措施。

【关键词】公路桥梁；抗震设计；问题；改进

一、前言

作为公路桥梁方面的重要工作，其抗震设计在近期得到了长足的发展和进步。研究其抗震设计中的存在问题及改进策略，能够更好地提升其实践水平，从而有效优化公路桥梁的整体效果。本文从介绍桥梁受震害的形式着手本课题研究。

二、公路桥梁所受震害的主要形式

1.主梁的震害

在地震灾害中，公路桥梁最为严重的震害形式就是主梁的坠落，也叫落梁。落梁的主要原因是因桥台、桥墩发生倾斜或倒塌现象，或者是梁体发生碰撞现象，或者是相邻的桥墩之间发生相对位移过大。

2.桥台的震害

桥台震害的主要形式是桥台跟路基一起向着河心发生滑移，对于重力式桥台，一般表现为桥台的胸墙发生开裂现象，以及台体发生转动、移动和下沉现象；对于桩柱式桥台，则主要表现为桩柱发生倾斜、开裂或折断等现象。

3.桥墩的震害

桥墩震害的表现形式主要是桥墩发生倾斜、沉降、移位现象，或是墩体发生开裂、剪断现象，或是钢筋混凝土因受压而发生崩溃、钢筋屈曲，或是在桥墩与基础连接处发生折断、开裂现象。

4.支座的震害

支座的震害形式主要是支座的构造遭到破坏，或是紧固螺栓发生剪断、拔出现象，或是活动支座因受震而松脱等现象。

三、公路桥梁发生严重震害的原因分析

从世界各国公路桥梁遭受震害的大概统计来看，震害的表现形式及原因主要有以下几个方面。

首先，在地震来袭的时候，桥梁的地震位移为给上部活动节点的活动空间造成非常严重的挤压作用，而我国许多公路桥梁尤其是梁式桥梁在盖梁设置中往往会出现未能充分考虑地震影响而未作过多设置的情况，这就让梁式桥梁在遭受地震侵襲时会因为上部活动节点的空间不足而引起落梁或者梁体之间的相互碰撞，从而遭到破坏。

其次，地震发生之后，桥梁地基会出现大面积的严重液化，地基液化与地面位移的双重作用加剧了整个桥梁结构的变形错位，从而极大的增加了地震中落梁危险的发生几率。

再次，公路桥梁在支座抗震设计过程中往往会因为历史往期当地未发生过地震而对支座的抗震设计考虑不足，从而在地震来袭之时让支座发生了超乎预料的大位移以及严重变形，从而引起支座的构造破坏，进而引发桥梁其他部分的结构受损，造成连锁破坏效应。

再次，桥梁下部的结构抗力在桥梁施工设计阶段对地震危害的考虑不足也会让桥梁在地震过程中出现下部结构因抗力不足而出现严重开裂、剧烈变形以及作用失效，从而引发整座桥梁的坍塌破坏危险。

四、抗震设计要点分析

1.弹性设计

“新规范”在小震不坏的指导思想下，采取了只在小震情况下考虑弹性抗震设计方法，要求桥梁在E1地震情况下满足强度验算，结构在弹性范围内工作，基本不损伤。相比“老规范”中引入综合影响系数来折减地震力的方法，大幅降低了下部结构的配筋率，降低造价。

2.延性设计

延性设计是“新规范”的创新的地方，在大震情况下采用，指导思想是大震不倒。在外力作用下，结构变形超过弹性阶段后，保证结构在发生较大非弹性变形时，其抗力仍没有明显下降。设计的重点是要选定结构中潜在塑性铰区的位置，把塑性铰截面的抗弯强度尽可能设计得与需求的强度接近，并确保塑性铰能够提供设计预期的塑性转动能力。通过增加结构的延性来抵抗地震作用，保证结构在构件屈服之后仍具有充足的变形能力，依靠结构的弹塑性变形耗散地震能量，保证屈服部分发生延性破坏，避免结构脆性破坏的发生和整个结构的倒塌。

3.减隔震设计

随着地震级别的增大或者遇到特别重要的桥梁时，就要对结构进行减隔震设计。与延性抗震允许很大的地震能量传到结构构件上不同的是，桥梁的减隔震技术是将很大一部分地震能量转移到减隔震装置上，这大大降低了结构本身的地震响应，使结构处于弹性工作状态。

五、公路桥梁抗震设计的改进措施

合理的结构形式和成功的抗震设计，即合理的概念设计可以大大地减轻甚至避免震害的发生。一个是概念设计、一个是构造细节设计。需要注意的是，这两个东西其实和具体的抗震计算关系不大，计算只是辅助手段，只是验证概念和细节的合理性。所以设计师需要的是对桥梁抗震设计基本概念和原理的深刻理解。从结构上来说，要清楚哪些结构有利于抗震，哪些结构抗震不利，其中包括桥型、上部结构、下部结构、墩台、基础的处理等等。

1.选择合适的桥位、桥型和孔径

选择桥位时应尽量避开地震危险地段，充分利用地震有利地段。应尽量采用桥梁中线与河流正交，这样即使地震产生河岸滑移，影响也较小；若采用斜交，地震时极易产生河岸向河心滑移，会使桥梁随之发生错动或扭转破坏。从几何线形上，尽量使桥梁位于直线上，弯桥或斜桥会使地震反应复杂化。

在高烈度地震区应尽可能采用规则性好的桥梁结构，结构的布置要力求使几何尺寸、质量和刚度均匀、对称、规则，避免引起突然的变化。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能力。在保证工程经济的同时，选择小跨径方案，使桥墩承受的轴压水平较低，从而获得更佳的延性。

2.桥梁上部结构的抗震措施

尽量保证结构体系的整体性和规则性。上部结构尽可能采用连续结构代替简支结构，进而减少伸缩缝的数量，降低落梁的可能性，同时也提高了桥上行车的舒适性。上部结构抗震的预防措施通常有：

在梁底部加焊钢板，或采用纵、横向约束装置限制梁的位移，梁与墩帽用锚栓连接，T梁在端横隔板之间螺栓连接，曲线桥，应采用上、下部之间用锚栓连接的方式。桥梁的支座锚栓、销钉、剪力键等应有足够的强度。梁端至墩台帽或盖梁边缘的距离，以及挂梁与悬臂的搭接长度必须满足地震时位移的要求。当采用多跨简支梁时，应加强梁之间的纵、横向联系，将桥面做成连续，或采用先简支后结构连续的构造措施。

3.桥梁下部结构的抗震措施

桥台高度宜控制在8m以内，桥台宜选择在地形平坦、横坡较缓、离主沟槽较远且地质条件相对较好的地段，并尽量降低高度，将台身埋置在路堤填方内，台周路堤边坡脚设置浆砌片石或混凝土挡墙进行防护，桥台基础酌留富余量。如果地基条件允许，应尽量采用整体性强的T形、U形或箱形桥台，对于桩柱式桥台，宜采用埋置式。

利用桥墩的延性减震是当前桥梁抗震设计中常用的方法。桥墩应避免承受斜向土压力。高墩宜采用钢筋混凝土结构，宜采用空心截面。可适当加大桩、柱直径或采用双排的柱式墩和排架桩墩，桩柱间设置横系梁等，提高其抗弯延性和抗剪强度。

六、结束语

通过对公路桥梁抗震设计存在问题及改进的相关研究，我们可以发现，该项工作的顺利开展有赖于对多项优势因素的掌控，有关人员应该从公路桥梁抗震设计的实际需求出发，充分研究其中存在问题，制定最为符合实际的改进策略。

参考文献：

[1] 杨传永.公路桥梁抗震设计细则分析[J].安徽建筑工业学院学报（自然科学版）.2011（03）：21-24.

[2] 何明，陈晓东.公路桥梁抗震设计的设防标准研究[J].科技致富向导.2013（35）：197-198.

[3] 郭玉春.有关公路桥梁抗震设计的研究[J].科技与企业.2012（15）：268-270.