浅谈甘肃山区桥梁抗震设计

王勇

【摘 要】甘肃山区等级公路的建设采用各种结构形式的桥梁来跨越深沟、河谷，甘肃地震带主要有南北地震带、河西走廊地震带、阿尔金地震带，随着近年来甘肃周边地震频发，结合甘肃山区桥梁建设特点，阐述桥型选择、抗震措施、桥梁抗震设计等方面内容，为今后桥梁建设提供帮助。

【关键词】山区桥梁；抗震设计；抗震措施

0 概述

随着近年来国家对西部基础建设投资倾向，甘肃山区地形复杂，山高坡陡，为跨越深沟、河谷，采用了各式各样结构的桥梁。汶川、玉树地震后，桥梁受灾严重，抢救工作无法顺利开展，相关部门对于桥梁抗震设计得到更多关注，进一步得到政府、建设单位的重视。笔者结合近年来地震后桥梁受灾情况，在桥梁结构体系及抗震措施有了自己一些独特体会，总结起来甘肃省山区桥梁的地震后问题主要有以下几个方面；

（1）重力式桥台位置偏移，墙身出现裂缝，造成桥梁整体错位，桥墩墩身出现倾倒、折断和裂缝，以及部分施工沉降缝错位造成主体结构破坏；

（2）地震作用造墩身塑性铰区域由于箍筋加密达不到要求，造成钢筋混凝土结构破坏；

（3）支座橡胶滑落，防震挡块挤压破损，大纵坡桥梁缺少纵向限位措施，出现落梁。

对于上述震害问题，笔者从桥型选择和桥梁抗震措施两个方面分别阐述自己的理解。

1 桥型选择及抗震措施

不同种桥型在地震作用中的抗震结果：

汶川、玉树地震中，公路常规桥梁主要由4种类型：简支梁桥、拱桥、连续梁桥及小部分连续钢构。根据统计结果，简支梁桥主要是上部受损，下部结构受损数量不多，受损程度也较轻，简单修复后可以直接使用。拱桥相对来说表现良好，但部分也出现整体垮塌或主拱垮塌。连续梁桥与简支梁桥相似，也是上部结构受损，下部结构基本完好。连续钢构上部结构基本完好，下部结构出现受损。以下就对各种桥型在地震中震害及抗震措施做一简要说明。

1）简支梁桥与连续梁桥比较

主要震害：两者都是梁式桥，在近几年地震表现中，两者上部结构受损严重，主要有梁体纵横向位移影响防震挡块剪切破坏，支座受损失效及少部分出现整体或单跨落梁。

抗震措施：对于梁式桥设计及施工中需要考虑地震中梁体纵横向位移，合理放置横向挡块距离及纵向柔性挡块限位器，支座的合理选用（国外已经全面推广减隔震支座）对于梁式桥在今后地震中能简单修复即可使用起到很好的效果。

2）梁式桥与拱桥比较

主要震害：拱桥建筑在中国历史中年代久远，在古代桥梁中，以石拱桥为其主要桥型。无论在山区、丘陵、平原和部分江南水乡地区，至今仍保存着各种风采的石拱桥。随着新型材料出现，不同体系的拱桥也随之出现。从地震统计中发现，拱桥在地震中表现良好，相对于其他结构桥梁在地震中受损概率更小，拱桥在地震中破坏形式主要有两种：一是，拱脚相对位移也很容易导致全桥倒塌，出现不可修复的破坏；二是，场地运动影响桥梁结构震动。而梁式桥一般出现受损可以修复后使用。

抗震措施：对于拱桥，应采取以下两种方式来提高抗震性能。一是，通过桥梁自身结构抗力和延性来抵御地震作用和吸收地震能量。二是，采用结构振动控制技术，通过改变结构系统的动力学特性或阻尼耗散性能来提高和改善拱桥结构的抗震能力。

3）梁式桥与刚构桥比较

主要震害：连续刚构桥是一种高次超静定结构，连续梁结构也是超静定结构，但因超静定次数比连续刚构少而使得受力要简单一些。从地震统计中发现，连续钢构震害主要是桥墩贯穿裂缝，上部结构基本不受损，主要是梁体内横隔板开裂，消耗地震能量，保护主体结构。

抗震措施：对于连续刚构桥梁，主要采取以下措施来提高自身抗震性能。提高桥梁自身结构延性抗震设计，主要有上部结构和基础的弹性，墩柱自身的延性设计，墩柱基础以下结构的弹性设计。

2 桥梁抗震设计建议

由于地震本来就是不确定的，我们的计算结果是按照一种或者几种地震作用来模拟，很容易使计算结果与真实地震作用的失真，地震运动由很多种因素通过复杂的作用形成，是一种很模糊事件，桥梁结构的抗震计算与仿真计算很相似，有时与实际结果会差生很大的差距。很据上述桥型选择及抗震措施的研究，作者通过以下建议对甘肃山区桥梁抗震提供帮助：

（1）由于桥梁类型的不同，造成其抗震性能也不尽相同，抗震性能由桥型自身、场地条件、桥梁周围环境等因素有关。在实际设计工作中，要对具体桥梁具体来分析研究，综合其各种相关的影响因素，选择合适的桥型。

（2）桥梁位置的选择尤为重要，应首先考虑稳定的河床以及其河床具有良好的地质条件。有时由于客观原因没有更好的位置，应保证桥梁位置与河流正交，避免斜交桥梁造成桥位处河流冲刷加剧，对桥梁产生不理影响。对于跨越断层地带的桥梁，尽可能采用简支梁桥体系，避免地震作用中出现落梁及全桥垮塌现象。

（3）在设计设计过程中，尽量采用结构连续，使其减少伸缩缝数量，这样既可以减少由于地震作用发生落梁，又可以提高车辆行驶的舒适性。

（4）常规的简支桥梁为保证结构的连续，应增强桥面铺装及桥面连续对主梁结构影响，使其在地震作用中减少落梁的可能性。另外还应适当地加宽墩台顶盖梁宽度，并增设防止纵向位移的柔性挡块。

（5）对于桥梁细部构件，应做精细化设计，来满足抗震需求，以达到多级设防。

（6）桥墩自身结构的延性设计，桥墩结构的延性设计在实际地震中会产生很好的表现，由于桥墩部分结构自身具有足够的延性，使其在地震作用中形成稳定的塑性铰，产生一系列变形用来消耗地震能量，以保证桥梁结构的安全。

（7）由于一些新型材料的出现，在桥梁设计中使用新型材料使其能消耗地震能量，达到抗震效果。因为桥梁自身结构只要满足范围之内的弹性变形，结构不会出现永久不可修复的破坏，在简单修复后仍能使用。

3 结语

因为地震作用是不确定和随机产生的，甘肃省南北地震带、河西走廊地震带、阿尔金地震带对桥梁的抗震设计多样性提出更高的要求，通过本文可以得到以下结论。

（1）首先要对桥梁抗震设计的理念和重要性要有足够的认识，加强山区桥梁抗震的设计，选择适合当地桥梁结构，增强抗震设计意识；

（2）针对甘肃山区地形复杂的情况，设计过程中选择适合当地的地震因素，通过实验和相关计算合理选择结构尺寸及配筋；

（3）全面考虑甘肃山区桥梁抗震的措施，应针对不同结构形式制定不同的抗震方案。

希望作者多年的抗震设计建议在解决一些实际工程的中提供帮助。

【参考文献】

[1]JTG/T B02-01-2008 公路桥梁抗震设计细则[S].

[2]JTG B02-2013 公路工程抗震规范[S].

[3]CJJ 166-2011 城市桥梁抗震设计规范[S].

[责任编辑：汤静]