浅谈公路桥梁的抗震设计

王义博

（身份证号：4127261988****8416）

历史上的大地震给人们带来了巨大的生命财产损失，促使人们研究和认识这一特殊的自然灾害，探索减少地震破坏的对策和方法。直到20世纪60年代，世界范围内的地震工程研究和结构地震理论研究取得了很大的进展。然而，1971年圣费尔南多地震(M6.6)；1989年美国洛马普雷塔地震(M7.0)；1994年的北岭地震(M6.7)和1995年的神户地震(M7.2)属于中度地震，但对桥梁的破坏非常严重。这就迫使世界各国的工程技术人员对桥梁的抗震破坏进行分析，对结构的抗震设计标准和抗震设计原则提出新的看法。

一、桥梁的震害及特征

对国内外震害的调查表明,在过去的地震中,有许多桥梁遭受了不同程度的破坏,其主要震害有以下几点：

（一） 桥台震害。桥台的震害主要表现为桥台与路基一起向河心滑移,导致桩柱式桥台的桩柱倾斜、折断和开裂。重力式桥台胸墙开裂,台体移动、下沉和转动。

（二）桥墩震害。桥墩震害主要表现为桥墩沉降、倾斜、移位,墩身开裂、剪断,受压缘混凝土崩溃,钢筋裸露屈曲,桥墩与基础连接处开裂、折断等。

（三） 支座震害。造成如支座锚固螺栓拔出、剪断、活动支座脱落及支座本身构造上的破坏等,并由此导致结构力传递形式的变化,进而对结构的其它部位产生不利的影响。

（四）梁的震害。桥梁最严重的震害现象是主梁坠落。落梁主要是由于桥台、桥墩倾斜或倒塌,支座破坏,梁体碰撞,相邻桥墩间发生过大相对位移等引起的。

（五） 地基与基础震害。地基与基础的严重破坏是导致桥梁倒塌,并在震后难以修复使用的重要原因。地基破坏主要是指因砂土液化,不均匀沉降及稳定性不够等因数导致的地层水平滑移、下沉、断裂。

二、公路桥梁抗震的设计原则

（一）公路桥梁的选址

应做好地质分析，准确判断建桥位置的地震危险性，并参考分析结果选择比较安全的工程地点。应尽可能选择坚硬场地，避免地震带来的地基液化失效等问题。

（二） 桥梁的整体性和规则性

桥梁上部结构应尽可能连续，以防止结构构件及非结构构件在地震时被震散掉落，使结构充分发挥其空间作用。无论是在平面还是在立面上，结构的布置都应使其几何尺寸、质量和刚度均匀、规整，避免突然变化。

（三） 结构与构件的强度和延性

地震对桥梁的破坏是由桥梁结构的振动引起的。然而，由于地震动引起结构和构件周期性、反复变形，结构刚度和强度逐渐降低，提高结构延性也是影响桥梁抗震设计质量的关键因素之一。

三、抗震设计中应注意的要点分析

（一）上部结构抗震设计

应根据跨径大小，采用相应的上部结构和截面型式，跨径较大时，宜采用箱型截面，因为该形式具有较大的抗扭刚度和抗震性能。实践证明，加强上部结构的整体性，限制其位移，是提高桥梁上部结构抗震能力的有效措施。对于梁桥，用连续梁替代简支梁可减少伸缩缝，从而减少因桥跨分离产生位移导致的落梁事故；当采用多跨简支梁时，应加强梁间的纵、横向联系，将桥面做成连续，或采用先简支后结构连续的构造措施。采用真空压浆方法，保证预应力管道水泥浆饱满对提高预应力桥梁的强度和刚度很有帮助。

（二）热下部结构抗震设计

宜采用U形或T形桥台形式，并将桥台布置在地基相对稳定的位置。由于重力式桥台抗震性能较柱式桥台和带耳墙的埋置式桥台好，且施工方便，造价低廉，故在条件允许情况下，应优先选用。钢筋混凝土桥墩的延性比石砌或混凝土预制块砌筑的桥墩好，空心截面桥墩的延性优于实心截面的桥墩，因此应考虑在实际应用中选择空心截面的钢混结构桥墩，并根据桥墩的高度选择合理的上部结构与下部结构的联接形式，如高墩桥梁宜采用有选择性的刚性连接，矮墩桥梁则应采用支座连接方式。

（三）连接件的抗震设计

支座、伸缩缝等节点是桥梁整体抗震性能中的薄弱环节，梁的位移发生在伸缩缝中，因此在设计时应尽量减少伸缩缝的数量。选择伸缩缝时，其变形能力应满足地震引起的预期位移，伸缩缝支承面应具有足够的宽度。同时设置限位装置和剪切粘结橡胶轴承，使其具有一定的耗能效果。通常在梁的底部焊接钢板，或者增加纵向和横向的块体来限制支座的位移和滑动。铅橡胶支座集水平柔度、阻尼能力、弹性回弹能力、竖向承载力于一体，既能满足正常使用功能，又能延长地震时的自然振动周期，增加阻尼耗散能量，降低结构构件的损伤。

（四）抗震装置的设计

目前在桥梁抗震设计中应用较为普遍的方法是弹性反应谱抗震法，这种设计具有计算相对简单并与现有的规范计算方法接近的优点。但应注意的是，由于抗震装置的等效刚度和等效阻尼的计算与抗震装置在地震中的最大变形程度有关，抗震装置的变形又与整个桥梁的地震响应程度有关，因此其设计过程应是在不断完善和变化的。具体计算中，需要设计师对桥梁结构地震响应的程度有较好的预估能力，依据经验初步制定设计方案，并采用一系列时程来分析和验证其设计合理性。

四、结束语

常规梁桥的设计和施工应首先满足上部结构在地震作用下横向位移的要求，采用合理的支撑长度和抗倒塌梁结构措施，设置极限装置。其次，应注意支架的类型和合理布置。三是注意墩的延性结构细节。随着公路桥梁抗震设计细则的颁布和推广，桥梁抗震设计必将进入一个新的阶段。最后，希望有关部门对现有老桥抗震能力不足的问题给予更多的关注。