桥梁地震危险性分析的原理和方法

包清林

摘 要：随着社会的发展与技术水平的提高，公路桥梁工程得到了飞跃的发展。但是在桥梁工程施工过程中，抗震设计是至关重要的环节，是当前工程师非常重视的问题。在实际工作中，我们只有对地震的危险性以及桥梁的抗震性能进行全面的分析，才能够有效的提高桥梁的抗震性能。本文从桥梁工程的危害出发，浅要阐述了桥梁工程的地震危险性分析方法，以供相关技术人员参考。

关键词：桥梁工程；地震危险性；抗震设计；分析原理；方法

公路交通作为城市的基础设施，它的建设与发展在很大程度上加快了城市化的进度。我国地处地震多发带，特别是近几年来，我国地震灾害频繁发生，不仅毁坏了地面上各种建筑物与基础设施，直接威胁到人们的生命财产安全，还造成交通的中断，造成了巨大的经济损失，阻碍了社会经济与国民经济的健康发展。公路交通是国家抗震救灾的生命线工程之一，如果受到了损坏，就会导致后续救援工作无法进行，这就造成了更大的经济损失。另外，我国在建设道路工程的过程中，仍然采用的是《公路工程抗震设计规范》，这一规范要求由于比较单一，并且规定中并没有根据实际情况以及构造措施来防止桥墩等构件的破坏，也没有对桥梁结构的延伸性予以保证，因此已经不能够满足当前工程的建设需要。因此我们必须要在实际工作中，通过总结与归纳，采用有效的分析方法来提高桥梁工程的抗震能力，以此来避免地震造成更大的经济损失。

1 桥梁工程的地震危害

我们从国内外的地震因素对桥梁结构的危害进行分析，很多桥梁工程都会受到各种损坏，以下简单介绍了地震因素对桥梁工程各个部位产生的危害。

1.1 对桥台产生的危害。这一危害主要表现为：（1）桥台与路基共同作用，会一起移动到核心，导致桥头、桩柱等各个部位受到不同程度的影响，例如不均匀沉降、裂缝、倾斜、折断等；（2）由于桥头出现沉降，导致桥梁工程的翼墙出现损坏，并且产生不同程度的裂缝，这就导致整个桥台而机构下沉，最终无法正常使用。

1.2 对桥墩产生的危害。如果桥梁结构在施工过程中没有对地震危险性以及抗震性能进行合理的分析，当发生地震时，桥梁工程的桥墩就会出现各种问题，例如倾斜、不均匀沉降、滑移、折断等。

1.3 对支座产生的危害。我们对当前的各种桥梁工程进行分析与总结，结果发现在一些桥梁的支座设计当中，工程师并没有考虑到工程的抗震性能，例如在施工过程中没有采用合理的支座形式、选用的建筑材料质量不合格、构造措施不足等，如果发生地震，桥梁结构的支座就会因为作用力的影响而出现不同程度的变形或者位移，存在较大的安全隐患。

1.4 对地基或者基础部分产生的危害。当发生地震时，地震的作用力就会导致桥梁地基中的土层液化，这就导致土层的稳定性不足，最终造成不均匀沉降、变形、断裂、滑移等问题的发生。若是较为严重的地震灾害，那么就会直接导致桥梁的地基或者基础部分发生坍塌，不仅加大了维修与加固的难度，还需要投入大量的人力、物力与财力。

1.5 对桥梁结构产生的危害。这一危害一般都是由上述几种危害综合而形成的，其主要表现也就是桥梁的柱梁发生坠落，这是桥梁结构中最严重的一种地震危害。

2 输入地震动参数的确定

地震危险性分析计算原理：

设有N个统计区对场点的地震危险性有贡献，相应于第对个统计区的场点地震动年超越概率为Pn，则场点总的地震动年超越概率为

地震统计区是地震活动性分析的基本单元，它应具有统计上的完整性和地震活动趋势的一致性。地震时间过程符合分段的泊松过程，t年内平均发生率为V1，则其中Pkt为统计区内未来t年内发生K次地震的概率：

统计区内大小地震的比例遵从修正的Guternberg-Richter震级频度关系，相应的震级概率函数为

其中，β=b*Ln 10，Mμ为统计区的震级上限。

根据分段泊松分布模型和全概率定理，一个统计区内所发生的地震在场点所产生的地震动（A）超越给定值（a）的概率为

其中，P（mj）为统计区内地震落在震级档mj±0.5Δm内的概率：

由以上两式可得

式中即为计算一统计区内发生的地震在场点产生地震动的年超越概率公式。其中P（A≥a「E）为第i个潜在震源区内所发生的一特定的事件（震级为mj±0.5Δm及椭圆长轴走向均确定）时场地地震动超越a的概率。fi（0）为第i个潜在震源区椭圆长轴走向的取向概率。式中的地震活动性参数，如年平均发生率对及产值都是在统计区范围得到的。式中的震级上限也是指统计区的震级上限，而不是某一确定的潜在震源区的震级上限。

关于危险性分析中衰减关系残差项的不确定性校正，采用通用的校正公式：

3 桥址地震反应计算与地震动参数

3.1 地震反应计算

用一维等效线性波动法对4个控制点进行土层地震反应计算。给出各孔地面三种概率水准下的加速度时程和峰值加速度表3，并计算相应的加速度反应谱。用FFT技术给出各点地面三种概率水准下的速度时程和峰值速度。由于每个孔在同一概率水准下有3条地震动输入波，所以每个孔有3组地面运动参数，取平均值作为控制点的输出，得到4个孔位的地面峰值加速度和峰速度以及加速度反应谱。

3.2 设计地震动反应谱的双参数标定

我国一般工业与民用建筑的抗震设计方法仍建立在反应谱理论的基础上，为便于工程应用，设计反应谱上3个频段之间的分界点是十分明确的，但事实上，地震反应谱拐点周期是不明确的；就一条强震记录而言，反應谱拐点是模糊的；就不同的记录（同一地点的不同记录或同一地震不同地点的记录）而言，拐点周期可能变化很大。研究表明，用地震动峰加速度和峰速度值标定设计地震动反应谱更为合理。本文采用设计地震动反应谱的双参数标定模型。

抗震设计的加速度反应谱一般表示为

用比值V/a标定β（T）的模型为

式中，i为强震记录数，T3=3s，a为峰加速度，v为峰速度。

为确定式中的常数b1，b2，b3，r，要求目标函数

为最小。选用世界范围内254个观测点的500条水平向强震记录，所有水平峰加速度a≥0.05g，接式的要求，用搜索法求得：

b1=1，b2=2.25，b3=10，r=1

将式（20）代人式（18），则得拐点周期T1和T2的标定式，T2即为特征周期。

4 结束语

总而言之，对桥梁工程的地震危险性分析是一项非常复杂的工作环节，其中所需要涉及的学科非常多，工程师首先需要对桥梁工程的震害进行全面的分析与了解，然后通过分析来提高桥梁工程的抗震性能，并逐步完善桥梁结构的各项功能构造。另外，在分析过程中，工程还需要从当前我国公路桥梁的特点以及实际情况出发，不断探索与创新，寻找一项适用于我国公路桥梁工程的抗震加固技术，以期提高桥梁结构的抗震性能，达到抗震的效果。

参考文献

[1]胡学贤.地震工程学[M].北京：地震出版社，1988.

[2]陈英俊，甘幼圳深，于希哲.结构随机振动[M].北京：人民交通出版社，1993.

[3]杨智贤，梁秀英.云南主要地震带的震源参数.