桥梁抗震研究综述

蔡子健

【摘 要】 桥梁的抗震能力是衡量桥梁是否合乎规范的重要标准，是桥梁发挥正常职能的重要条件。本文充分研究以前所发表的桥梁方面的研究成果，对当下发展较为完善的抗震研究进展进行综合论述，提出了基于性能的抗震设计时桥梁的抗震标准，并进行科学合理的展望。

【关键词】 桥梁抗震 钢筋混凝土结构 减隔震设计

一、引言

桥梁通常作为一条线路的重点控制工程而建设，作为路线的关键节点，一旦损坏甚至垮塌，将直接使所在路线瘫痪，其重要性不言而喻。如何使桥梁正常行使工程职能，尤其是对抗极端条件的能力，是桥梁设计师要考虑的头等问题。地震作为常见自然灾害之一，也是工程师要考虑的不利因素。地震具有突然性、破坏性强、破坏面广等特点。如果不进行针对性的设计，桥梁可能无法抵御灾害的破坏而失去使用职能。1976年的唐山大地震造成的破坏震惊了世界，也给桥梁研究人员提出了新的课题。在国家大力支持下，几十年来，我国的桥梁抗震研究硕果累累，已经基本和国外同行站在了同一起跑线上。

二、 桥梁震害破坏机理

经过对受震害破坏的桥梁进行损伤识别分析，发现由于横向地震波使桥梁各部位之间挤压碰撞而受到破坏是桥梁震害产生的重要原因。众所周知，桥梁是由各部分连接组合而成的，连接部位如支座、横向铰等，当桥梁受到强烈的横向力时，梁会发生横向移动，挤压碰撞相邻的梁，连接部位受到破坏，桥面铺装碎裂，桥台受到撞击而破坏，严重的会导致落梁，使桥梁失去交通功能。另外，地震会使地基土松动，破坏基础而失去承载作用。

三、桥梁抗震研究现状

基于地震对桥梁的破坏机理，结合桥梁自身特点，对桥梁抗震的研究主要集中在以下几个方面。

3.1桥梁混凝土材料损伤本构模型。对混凝土材料的研究是桥梁研究的重要方面，对抗震来说尤其如此。在现实中，在地震作用下，桥梁将受到强烈的外力扰动，位移超出限值，进而导致结构损坏。根据混凝土材料的特点，建立两种分别对应弹性和弹塑性模式的本构模型进行分析。

对于弹性损伤本构模型，Mazars博士通过引用实验测得的两个分别由受拉和受压而得到的损伤变量建立了一个弹性损伤模型。对于弹塑性损伤本构模型，即将混凝土视做同时会存在弹性变形和塑性变形的材料，基于此，Simo提出了基于连续损伤的应力-应变模型，Resender提出了纯经验的混凝土非弹性损伤本构理论，吴建营等引入损伤能释放率的概念，这些模型对于研究混凝土材料在塑性破坏阶段的损伤行为很有用处，但没有除去材料因损伤而导致材料特性改变所造成的误差，其结果与实际情况有所差别。

3.2 钢筋混凝土桥墩抗震性能及分析模型。桥墩属于桥梁基础部分，主要受到压力作用，抗压性能较好，但在地震作用下，有时会受到剪力作用，或者塑性铰损坏，甚至因为地基土稳定性遭到破坏，桥墩倾斜而受到偏心压力作用。基于这些损伤形式，Prisestley通过研究低纵筋比圆形柱抗震性能的研究，建立了在轴力和弯曲相互作用下的桥墩抗震模型，精确的计算出了此种情况下桥墩的非线性性能。

3.3 桥梁结构抗震分析理论和设计方法。基于位移的桥梁抗震设计理论以位移为设计参数，根据不同地区、不同安全等级，确定桥梁只能有某一区域内的位移，据此标准对结构进行设计。Kowalsky等第一次提出此设计方法，后来的桥梁工作者又对该理论进行了一定的完善，建立了更为科学合理的理论。

基于性能的桥梁抗震设计理论要求桥梁要能承受一定程度的地震冲击而不至于超出其允许的破坏程度，其主要思想概括起来即为：以最少的成本，达到最优的抗震效果。依据桥梁的等级和所在线路的重要性，将其做一个重要性的划分，据此决定其抗震等级。

3.4 桥梁减隔震技术。桥梁主要的减隔震设施就是减隔震支座，与普通支座的区别在于，它具有较好的韧性，能充分吸收地震力的能量，而不至于损坏，从而可以继续起到支承作用。随着材料科学的不断进步和对地震破坏的充分认识，桥梁工作者们已经开发出一些性能良好、适用性广的减隔震支座，归结起来主要有以下两类：（1）叠层钢板橡胶支座;（2）滑动摩擦类减震支座。

3.5 橋梁结构易损性分析。结构易损性为针对构件在外力作用下达到或超过某一损伤程度的概率，对此研究的目的在于，需要知道某一类结构在受到某一等级地震的破坏后的破坏特征，据此就可以有针对性的强化该结构。评估结构易损性需要做前期调查和数据处理，并相互对照，以取得较精确的结果。但此种分析方法仍然存在一些不足，如无法精确模拟地震破坏、桥梁受力特征还原不足、无法研究非规则桥梁、没有考虑支座受拉的情况等。而由于现实情况的复杂性，目前尚未研究出如何利用这些结果来优化抗震设计。

四、结论

抗震设计作为桥梁安全设计的重要组成部分，在经过多年的案例分析和学术研究之后，已形成较成熟完备的理论体系，并运用到了实际工程中，取得了较好的预期结果。但还应该看到，由于技术和认知的限制，我们的抗震设计还远远做不能取得完美的结果，只能在一定程度上减小地震带来的财产损失、人身安全和日常生活的干扰，而这也成为我们继续进行相关技术攻关的动力和桥梁学术研究前进的动力。

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