连续梁桥抗震设计初探

摘 要：桥梁建设不能忽视地震作用。分析了连续梁桥震害的原因及其表现，讨论了桥梁弹塑性地震响应的主要分析手段和延性抗震设计方法。指出抗震设计的未来发展趋势，并给出了规范修改建议。

关键词：桥梁震害；抗震设计；梁桥

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.102

0 引言

按照世界地震分布来看，我国绝大部分地方都处在多震区，近年以来，随着我国桥梁技术水平的提高，已经能设计出各种各样的桥梁型式。当地震来临时，各种桥梁能否抵抗住在地震水平力与竖向力，减轻地震作用下的经济损失，特别是最大限度避免人员伤亡，成为工程界关注的热点问题。

为设计既经济又不过保守，需要对桥梁设计理念与加固措施技术形式梳理，对地震中已经发生的桥梁失效及破坏进行系统地研究和分类，进行震害调查分析，为桥梁抗震设计提出有益建议。

1 常见桥梁震害及成因分析

地震对桥梁产生危害机理的比较复杂，通过地震产生后的现状分析，得出合理抗震设计方法。通过汶川等一系列震后的破坏情况，可以归纳成一下几个方面。

（1）支撑连接部件（支座）震害。在地震来临时，支座作为支撑连接部件，基本不会破坏，如阪神地震中，调查支座损坏的情况时，发现损坏比例达到调查总数的28%，当支座发生破坏后。受力传递方式会发生改变，整个桥梁的受力也应此而改变，直接影响到其他部位。桥梁支座破坏形式一般是支座发生位移；锚固螺栓拔出、剪断；活动支座脱落等。

（2）上部结构移位震害。上部结构移位震害即桥梁上部结构的纵向、横向、及扭转发生的移位造成的震害。桥梁伸缩缝一般来说的是容易发生损坏。这种损坏形式一般为梁间开脱、错位、或顶撞；还有一种表现形式位移过大导致上部结构超出了墩、台的接触面使落梁。资料表明，桥梁顺桥向的落梁破坏远大于横桥向，它约占全部落梁总数的80%-90%[1]。顺桥向落梁时，梁端下坠，梁撞击桥墩，由于梁自重一般很大，所产生的冲击力对下部结构造成的破坏很严重，与落梁的冲击力与梁在墩顶振动时相比，几百倍的差距。如汶川地震时就发现了落梁冲撞桥墩而使墩身倾斜的现象。桥梁上部结构损坏大部分是碰撞、落梁同时发生。当年的汶川地震中，新文坪大桥就是这种破坏。

（3）下部结构震害。桥梁基础与下部结构的破坏直接导致桥梁整体倒塌，并在震后难以对桥梁进行修复。桥梁墩台和基础的震害是由于受到较大的水平力，瞬时反复振动在相对薄弱的截面产生破坏而引起。根据大量震害实例[2]，长细比相对较大柔性桥墩所产生的破坏，多为弯曲破坏，也就是延性破坏，现场表现为：混凝土的钢筋裸露压溃、开裂、与压弯等，并伴随塑性变形。塑性变形破坏主要是由于桥墩纵向钢筋搭接或焊接不牢、约束箍筋配设不足等引起墩的延性不足；长细比较小的桥墩的破坏大部分为剪切破坏，即脆性破坏，表现为：钢筋切断、混凝提斜破坏，混凝土大裂缝等。这种破坏主要是由于墩柱剪切强度不足引起。桥台的震害除地基承载力失效（如砂土液化、边坡滑移等）引发的桥台滑移、倾覆外，还有桥梁上部结构发生的顶撞破坏。桥梁的基础破坏也会发生，主要是由于场地土不均匀沉陷、土的液化导致的倾覆，或者因为桥梁上部结构下落产生的惯性力引起的桩基弯曲、剪切破坏等。因为基础的隐蔽性，震后破坏不易发现，往往通过上部结构的震害体现出来，而且修复比较困难。

2 连续梁桥抗震设计建议

（1）抗震响应因素的影响分析。1）墩柱越高，墩底应力越大，墩顶的横向位移和梁底的相对位移越大；2）随着跨径增大，梁的跨中弯矩和固定墩墩底弯矩先减小后增大，梁位于支座截面负弯矩逐渐增大，梁支座处的剪力先增大后减小，纵向位移逐渐增大；3）桥墩高度的变化直接影响梁端位移、梁体应力和墩底内力，适当地改变和调整墩高和跨径，可以有效提高结构的抗震性能；4）随着桥梁跨数量的增加，梁底和墩顶的相对位移增加，墩底竖向的剪力和弯矩增大；5）随着桥墩刚度的增大，梁底和墩顶的相对位移先适度减小然后反弹，梁和墩的内力增大。因此，减小墩柱的刚度是桥梁结构有效的隔振设计方法；6）横向约束减少，梁和墩的内力变小，对位移影响不明显。

（2）抗震设计建议。1）桥梁工程设计分为多个阶段，在不同设计阶段有不同设计理念，工程可行性阶段的抗震设计一般以意向设计为主要导向，结构构造设计和验算为辅；在初设设计阶段时，桥梁的抗震设计按照体系设计为主线，结构构造设计为辅；最后正式施工图设计时，抗震设计按照设计规范要求，通过计算，以构造设计为主。桥梁的抗震计算一般是通过有限元模拟计算，桥梁结构的抗震概念设计和抗震构造设计相比较，后者更为重要；2）通过工可阶段中桥梁抗震概念设计来选择桥型、桥位。特别是对选址的选择，应避免地质环境在地震时对桥梁的二次破坏。桥梁基础应选择在强度较高的基岩上；3）对大、特大桥梁要进行地震来临时的安全性评价，特别大跨度桥梁和地理位置特殊的桥梁，還应该在规范要求上提高抗震设防标准。如将设计基准期由50年提高到100年，超越概率水平不变，而重现期约提高一倍；4）结构抗震设计方法已从传统的强度理论向延性抗震理论过渡，目前所有的桥梁设计中，桥墩及基础都将采用延性方法进行设计，这种是一种变“抗震”为“减隔震” 设计方法。因此，如何处理损伤和塑性变形能力之间的矛盾，将成为延性设计的关键；5）间隔震的设计方法，是一种既经济又可靠的抗震措施。间隔震措施（基础隔振和阻尼耗能技术）使结构不受损伤或损伤减小。上部结构要加强防落梁措施设计；下部构造要重视一联中矮墩的设计；特别是结构刚度突变处（如桩基与墩台间等）的构造设计。

3 结语

中小跨径桥梁以板式橡胶支座居多，在设计时应允许桥梁支座轴线发生破坏。支座发生破坏的过程就是一个耗能的过程，破坏后，通过墩柱传递到桥梁上部结构的惯性力将大大减小，这是有益于抗震的。

公路桥梁的抗震设防目标为“小震不坏、中震可修、大震不倒”，此设防标准太过笼统。可以建议：应对结构不同构件、在不同水准地震作用下制定不同的设计目标，明确不同水准的地震作用下桩基础、承台、盖梁、桥梁墩台、支座、挡块等主要构件的强度和延性指标，以便设计人员更好参考和掌握。

参考文献：

[1]杨宽厚.城市桥梁抗震性能评估及加固方法研究[D].北京建筑工程学院，2012.

[2]徐国峰.高烈度区连续梁桥抗震设计初步研究[D].重庆交通大学，2009.

作者简介：黄跃（1987-），女，硕士研究生，主要从事土木工程设计与管理。