浅析现代化城市桥梁抗震设计的几点思考

丁　一　郑　委

（郑州市工程质量监督站，河南郑州 450000）

浅析现代化城市桥梁抗震设计的几点思考

丁一郑委

（郑州市工程质量监督站，河南郑州 450000）

随着社会经济发展水平的不断提升机现代化程度的逐步提高，城市人口大幅度提升，这就导致城市防灾问题日渐凸显。桥梁损坏将中断道路交通网，造成极大的经济损失。作为城市现代化建设的重要工程之一，桥梁工程的破坏将为震后救援工作造成极大的影响，进而加重次生灾害的出现。尤其是现代化城市建设中，将对城市化生产、运作造成极大的影响。本文主要对现代化城市桥梁震害的影响因素、抗震方式及抗震设计进行了分析与探究。

现代化城市 桥梁工程 抗震设计 影响因素 减隔震设计

1　现代化城市桥梁震害的影响因素

1.1地震烈度的影响

按照不同烈度，对112座桥梁进行震害分析，如表1所示。从其分析结果可以得出，支座破坏、墩台损坏、梁体移位与地基基础破坏等是某一烈度区桥梁震害的主要类型，严重落梁破坏为高烈度区。分析某一种震害类型时，如不断增加烈度，桥梁的破坏程度也会随之增加，特别是具有较为显著的落梁破坏情况。在大于x的高烈度区，桥梁破坏的震害情况极为严重。

1.2建设年代的影响

通过支座破坏对建设年代对桥梁震害的影响进行分析，在上个世纪六十年代以前，钢支座、混凝土摆式支座及简单的沥青油毡支座是桥梁的主要结构形式，其中最多的为钢支座。板式橡胶支座在1964年出现，四氟板式橡胶支座、盆式橡胶支座在1970年后随即出现，截至目前，我国桥梁所有支座都选用了板式橡胶支座、盆式橡胶支座及球型橡胶支座。与支座发展历史相结合进行分析，可以得出，橡胶支座更利于减轻对桥梁的震害影响。

1.3结构体系的影响

以简支梁桥与连续梁桥为例进行分析。据相关数据显示，桥梁震害中占落梁震害成分最多的为纵向落梁，比例约97%，在落梁震害中很少见横向落梁及扭转滑移落梁。一端为固定支座、一端为滑动支座是简支梁桥梁体和桥墩连接的主要方式，两端桥墩不同的纵向位移在地震作用下很容易出现纵向落梁情况。连续桥梁纵向方面因具有良好的整体连续性，则不可能出现纵向落梁情况，但这种桥梁如出现桥墩损坏情况，将产生横向整体坍塌现象。如我国2008年汶川地震百花大桥第5联整体倒塌就属于2个连续梁破坏。

两种结构体系桥梁相比，连续梁桥发展桥墩倾斜震害的机率较大，主要原因在于连续桥梁属于固定支座设计，在地震作用下桥墩需要承受的地震荷载具有较大的差异，进而导致桥墩破坏程度也具有极大的差距，连续梁扭转作用同样也会给固定支座设置的桥墩造成极大的影响。简支梁桥与连续梁桥桥墩类型不同原因主要体现在以下几点:双柱门式（带盖梁）桥墩是简支梁桥墩的主要形式，这种形式具有较大的横向刚度，不易产生横向倾斜情况。没有盖梁的双柱式与单柱式是连续梁桥桥墩的重要形式，这种形式具有较小的横向整体刚度，因此，简支梁具有更好的抗震性能。

表1　不同烈度的桥梁震害对比分析

2　现代化城市桥梁抗震方式的选择

（1）静力法。1900年由日本大房森吉首次提出静力法，这种桥梁抗震方式假设结构物所有位置和地震的振动具有一致性。这种情况下，只有地面运动加速度x结构物质量产生的惯性力作用于结构物上面。也就是将地面运动特性和结构动力特性因素进行忽略，只是将结构在地震时的动力反应看作是静止的地震惯性力作用下结构内力进行分析。随后佐野在1915年提出了震度法，也就是遵循静力法的含义，将结构1/10的重量作为水平地震荷载。以结构强度作为静力法的破坏准则，通常情况下，必须将结构荷载效应控制在结构抗力效应以下，并通过地震荷载中某一系数的多少来对地面运动情况、场地地基损坏情况等进行有效反映。

（2）Push—over分析法。因抗震方式都具有不同程度的缺陷，因此有效结合位移设计方式与能力设计方式已经成为现代化城市桥梁抗震设计的发展趋势。位移设计方法应对结构不同破坏极限状态进行充分考虑，能力设计是指利用抗侧力体系构建应用恰当的整体与构造细部设计作为强震下的延性耗能机构，确保地震作用下桥梁结构能够在设计位置中进行耗能，进而起到结构控制的作用。

3　现代化城市桥梁延性抗震设计

材料、构件及结构的延性，通常定义为在初始强度退化不明显的情况下的非弹性变形能力。承受较大的非弹性变形，并确保强度没有明显下降的能力及利用滞回特性吸收能量的能力是延性的主要能力。在桥梁抗震设计中，通常都会通过结构与构件延性增加抗震能力，也就是通过塑性铰进行地震力的降低，并进行能量耗散。利用延性抗震设计，可以确保桥梁结构对大地震产生的反复弹塑性变形循环滞回延性进行充分适应，在遇到震级较大的地震时，桥梁结构尽可能出现破损现象，但通过抗震措施，可以避免桥梁坍塌情况的出现。

3.1延性指标

通过延性含义进行抗震结构设计时，应先进行度量延性量化指标的确定，也就是进行延性指标的确定，通常情况下，延性指标由曲率延性指标与位移延性指标表示。

公示中，塑性铰区截面的屈服曲率与极限曲率将分别由⊗u和⊗y表示。

公式中，延性构件的屈服位移与极限位移分别由uΔ与yΔ表示。

3.2延性构件的设计地震力

通常情况下，对属于完全延性结构形式的常规桥梁，都会选用以下公式对设计地震力进行计算:

公式中FE遵循弹性反应谱理论计算的弹性地震力，强度折减系数为R，水平地震系数为Kh，结构动力放大系数为1β；桥梁总重为Gtp。

4　现代化城市桥梁减隔震设计

4.1桥梁减隔震原理

桥梁减隔震是合理分离结构和可能引起的地面运动，以此进行桥梁结构地震力的有效降低。目前选用柔性支承进行结构自振周期的延长。地震作用下桥梁结构的自振频率和地震动卓越频率的祸合程度将对建筑物的破坏程度造成极大的影响。对结构自振周期进行有效延长可以对结构的地震加速度反应进行有效减小。一般情况下，都会选用减隔震技术，是指将减隔震装置在桥梁结构的上、下部结构之间，通过减隔震装置的相对较大变形来进行上部结构加速度反应的减少，地震力破坏程度的降低，可以有效减少地震力的作用。对结构周期的延长虽然可以起到地震力降低的作用，但会增加结构位移反应，在正常使用荷载下结构极可能出现较大的振动。如利用阻尼装置，不仅可以对结构阻尼进行有效增加，更能对结构的加速度反应及上部结构相对位移情况进行有效减少，可以在允许范围内有效控制位移，通过减隔震装置的大变形可以对大量地震能量进行有效几首，进而起到上部结构惯性力减小的目的，并确保下部结构始终处于弹性范围内，以此达到地震力减小的作用。

4.2常用的减隔震装置

（1）叠层橡胶支座。我国最常见的桥梁隔震器就是叠层橡胶支座，这种隔震器主要利用橡胶片和钢板相互交替叠合粘接形成。在橡胶片横向变形中钢板将其起到约束作用，进而增加叠层橡胶垫的竖向刚度。薄钢板在水平刚度中将对橡胶的剪切变形不会造成任何影响，因此保持了橡胶固有的柔韧性。通过桥梁结构柔性的增加，橡胶支座可以进行结构周期的延长，进而实现减震的目的。但叠层橡胶支座在降低地震荷载对桥墩、台影响的同时，极可能对梁体和桥墩、台之间的相对位移进行一定程度的提升，由此可见，这种减震方式具有一定的缺陷。

（2）铅芯橡胶支座与新型减震支座。铅芯橡胶支座在减隔震方面具有极大的优势，这种结构是充分结合橡胶与弹塑性阻尼。作为一种隔震器、阻尼器结合的隔震支座，铅芯橡胶支座是将铅棒添加到一半橡胶支座内进行制作的。铅的特点包括:较低屈服应力与丰满的滞回曲线，更是一个效果良好的阻尼器。据相关试验显示，铅芯橡胶支座的滞回特性较为不错，与一般叠层橡胶支座相比，这种支座的初始刚度超过其10倍，铅芯橡胶支座的屈后刚度与一般叠层橡胶支座的剪切刚度较为一致。作为短跨桥梁抗震问题处理较为便捷的方式，因其缺点，较差的耐久性、稳定性及有限的承载力，铅芯橡胶支座在桥梁减隔震应用具有较大的局限性。

5　结语

综上所述，据相关数据显示，桥梁结构型式的合理性及较强的抗震能力将对震害的出现及破坏程度大大降低，为了确保现代化城市桥梁具有良好的抗震性能，施工单位必须重视桥梁抗震设计，只有加大桥梁结构抗震设计的力度，才能避免桥梁因地震因素出现损坏情况。

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