关于桥梁抗震设计要点分析

罗洪浪

【摘要】我国属于多地震国家，强烈地震会给人民生命财产和国家经济建设带来巨大的损失，公路、桥梁也同样遭到不同程度的损坏。桥梁是交通生命线工程中一个重要的组成部分，震区桥梁的破坏不但给救灾行动带来阻碍，次生灾害也加重了，导致生命财产和间接经济损失惨重，而且给灾后的恢复和重建带来很大的困难。桥梁抗震设计关系到桥梁结构的使用寿命。本文针对桥梁抗震设计中的一些要点进行分析，以便更好地掌握桥梁设计的要点。

【关键词】桥梁抗震；设计；要点

桥梁设计是决定桥梁工程质量的灵魂，随着国家经济的快速发展，急切要求修建更多的桥梁，这就对桥梁设计提出了更高的要求。桥梁工程的抗震设计是非常重要的，要在满足抗震设防目标的前提下选择精确合理的桥跨、桥式结构方法。桥梁抗震设计要综合考虑安全可靠性、经济合理、技术先进和环保美观等问题【1】，本文针对桥梁抗震设计中的一些要点进行分析，以便更好地掌握桥梁设计的要点。

1 分析桥梁震害

桥梁上部结构由于受到墩台、支座等的隔离作用，在地震中直接受惯性力作用而破坏的实例较少，由于下部结构破坏而导致上部结构破坏则是桥梁结构破坏的主要形式，下部结构常见的破坏形式有以下几种：

（1）墩台位移使梁体由于预留搁置长度偏小，使得桥跨纵向位移超出支座长度而引起落梁破坏；

（2）支座在地震作用下由于抗剪承载力不足而破坏，导致落梁；

（3）配筋设计不当，承载力不足，引起结点部位破坏；

（4）墩柱失效引起落梁破坏。

2 桥梁抗震设计原则

合理的抗震设计，设计出的结构要求在强度、刚度和延性等指标上有最好的组合，使结构能够经济的实现抗震设防的目标。抗震设计尽量遵循以下基本原则：

①场地选择原则：避免地震时可能发生地基失效的松软场地，选择坚硬场地。

②能力设计原则：能力设计思想强调强度安全度差异，就是在不同构件和不同破坏模式间设立不同的强度安全度。

③提高结构和构件的强度和延性。桥梁结构的地震破坏来自地震动造成的结构振动，因此抗震设计要力图使从地基传入结构的振动能量为最小，同时使结构有适当的强度、刚度和延性，预防不能容忍的破坏。

④体系的整体性和规则性。桥梁的整体性要好，上部结构尽量是连接的。整体性好的可以防止结构构件和非结构构件在地震时被震散掉落，同时也是结构发挥空间作用的首要条件。

⑤多道抗震防线。要尽量使桥梁成为具有多道抵抗地震侧向力的体系，则在强地震动过程中，一道防线破坏后还有第二道防线能够支撑结构，避免倒塌。所以，超静定结构同种类型的静定结构要好。

3 关于桥梁抗震概念设计的一些想法

建筑结构抗震设计有如下原则：

①强柱弱梁：要求同一结点柱端截面受弯承载力总和大于梁端受弯承载力总和；

②强剪弱弯：控制截面的抗剪承载力大于抗弯承载力；

③强结点弱构件：梁柱结点是保证结构整体性和关键部位， 要保证结点有足够的强度和刚性，建筑结构抗震的一般原则同样适用于桥梁结构。

根据上面阐述， 桥梁在地震中一般都是下部结构遭到破坏， 所以在抗震设计中桥墩比桥梁还要重要。并且桥墩是桥梁结构中较为重要的承重构件，桥墩破坏将造成整个桥梁结构的倒塌。在地震的作用下，它是压、弯、剪构件，其变形能力比不上以弯曲作用为主的梁，所以应从桥梁整体结构的角度出发对桥梁抗震进行设计， 必须要求强墩弱梁。

结构的弯曲破坏是塑性破坏，发生弯曲破坏时，钢筋屈服形成塑性铰，从而拥有塑性变形能力，构件展现出很好的延性，而且结构的塑性变形使得刚度下降，所要分担的地震作用也逐渐减少。当结构发生弯曲破坏时能够有效地通过变形来吸收和耗散能量。

而结构剪切破坏时，破坏形态是脆性破坏或是延性很小，不能满足桥梁延性设计的要求。桥墩在地震作用下要有足够的延性，其控制截面处的抗剪承载力比抗弯承载力要大，在弯曲破坏前不发生剪切破坏，就是从个别受力构件的角度开始进行桥梁抗震设计应该要求受力构件强剪弱弯。往常的桥梁震害中，支座破坏导致桥梁结构塌落毁灭经常出现，一直被认为是桥梁整体抗震性能上的一个薄弱环节。城市高架桥梁柱的结点，桥墩和盖梁的结点，桥墩和基础等结点也常常有破坏发生。结点是确保结构整体工作的重要构件，在地震作用下结点受到水平、竖向剪力和弯矩的共同作用，受力复杂， 而且一旦受到损坏就很难修复。

4 桥梁抗震的相关设计

1）延性和位移设计

延性抗震设计主要是利用结构、构件自带的延性耗能能力来抵抗地震作用， 设计时是通过增加结构、构件延性来得到实现，允许结构出现塑性铰的部分进行指定的延性设计。在该方法中，允许强大的地震力和能量从地面传递给结构，而抗震设计时要着重考虑的问题是怎么为结构提供抵抗这种地震力的能力。传统的桥梁抗震设计使用强度设计方法，即使考虑到延性和位移，也是通过强度指标间接地实现。位移在桥梁结构抗震设计中的重要性得到普遍的认识，很多研究者和工程师建议在抗震设计中直接使用位移为设计参数，在这方面将形成多参数抗震设计方法。一些建筑结构抗震设计指南和准则已经应用了位移设计的概念和方法。

直接基于位移的抗震设计根据一定水准地震作用F预期的位移计算地震作用，进行结构设计，以使构件达到预期的变形，结构达到预期的位移。

该方法采用结构位移作为结构性能指标，设计时假定位移是结构杭震性能的控制因素，通过设计位移谱得到有效周期，求出此时结构的基底剪力，进行结构分析，同时进行具体配筋设计。设计后用应力验算，不够的时候用增大刚度而不是强度的方法来改进，以位移目标为基准来配置结构构件。这个方法考虑了位移在抗震性能中的重要地位，可以在设计开始时明确设计的结构性能水平，并且使设计的结构性刚好达到目标性能水平。

传统的桥梁抗震设计采用强度设计方法， 即使考虑到延性和位移，也是通过强度指標间接地实现。现在人们越来越认识到了位移在桥梁结构抗震设计中的重要性，很多研究者和工程师建议在抗震设计中直接使用位移为设计参数，这样就将形成多参数抗震设计方法。在这方面，各种非弹性反应谱的研究和应用工作一直在进行。一些建筑结构抗震设计指南和准则已经引人了位移设计的概念和方法【2】。

2）结构杭震构造设计

抗震构造设计包括抗震构造及构造规定，如梁端限位措施及支承面最小宽度等。抗震构造物的内力在地震力分析中也许很难精确的分析，但却能起到很好的效果，防止落梁等极端震害的发生。

3）多道抗震设计

所谓多道抗震设防，是指在一个抗震结构体系中，一部分延性好的构件在地震作用下，首先达到屈服，充分发挥其吸收和耗散地震能量的作用，即负担起第一道抗震防线的作用，其他构件则在第一道抗震设防屈服后才依次屈服，从而形成第二道、第三道或更多道抗震防线，这样的结构体系对保证结构的抗震安全性是非常有效的。

5 结语

总而言之，在桥梁工程设计中，桥梁存在隐患的可能性十分重要，必须从实际出发，结合当地灵活地使用各项技术指标，保证线型的均衡性、连续性和与周围环境的协调性。加强施工质量管理外，要从桥梁设计理念、结构体系和构造的角度做好耐久性的设计，保证桥下的功能、视距和净空的要求。现今人们对地震作用还会进一步深入研究，只从理论上进行抗震设计的方法是不可取的，桥梁工程师要从震害中总结教训，凭借经验进行概念设计在桥梁抗震设计中非常重要。

参考文献

[1]范立础、卓卫东，桥梁延性抗震设计[M]，北京：人民交通出版社.

[2]中华人民共和国行业推荐性标准《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）.北京：人民交通出版社.2008.