浅议桥梁的防震设计重要性

黄永强

浅议桥梁的防震设计重要性

黄永强

（四川恒盛路桥勘察设计有限公司，四川 攀枝花 617000）

想要实现桥梁建设质量的提高、防止桥梁在地震等灾害中造成一定程度的损失，最主要的方法是提高桥梁的抗震设计。桥梁抗震设计工作对于整个桥梁的使用和后续维护工作具有重要意义，可以提高桥梁抗震设计的整体水平，进一步提高桥梁的抗震效果，实现桥梁建筑稳定性的提升，进而保证道路交通的安全性和顺畅性。本文主要分析桥梁抗震设计的重要意义，分析其中存在的不足，总结桥梁抗震设计的主要方法和对策，为今后桥梁防震设计工作提供一定参考。

桥梁；防震设计；重要性原则；方法对策

0 前言

我国属于地震多发国家，一旦发生重大灾难，桥梁的稳定性和抗震能力可以有效的保证经济效益及生命财产安全不受大的损害。所以，怎样强化桥梁的抗震设计，提高其抗震设计质量是我们今后工作的重点。

1 桥梁震害概述

1.1 上部结构的震害

桥梁上部结构受地震的破坏影响较大，如果下部结构无效或者支承连接无效会影响桥梁主体结构，导致裂缝的出现、梁体出现扭曲，在毁坏性地震发生过程中经常会出现主梁位移或者落梁等状况，落梁会对桥梁主体产生严重的破坏性。地震发生时，桥梁上部结构比较容易受到影响的部分，是需要我们在今后的设计工作中尽量避免的。一般情况下，桥梁发生落梁的情况大部分都发生在沿着桥向的方向，发生落梁概率的情况达八成以上，梁端碰撞桥墩的侧面，严重破坏到下部结构的桥梁体，进而有可能造成更为严重的震害。

1.2 下部结构的震害

下部结构的震害是因为遭到比较大的水平地震力的作用，瞬间重复震动在相对比较薄弱的横截面造成毁坏导致的,桥梁大规模范围使用的柱式墩是由钢筋混凝土构成，以前的地震毁坏经常发生在柱身或者盖梁下部的连接位置，经常发生钢筋从浅基里拉出、钢筋弯曲暴露在空气中、受压边缘的混凝土崩溃，进而造成过大的变形和损坏。钢筋相对比较柔的混凝土桥墩的破坏方式通常属于弯曲类型,如果打算增加该种结构类型的抗震性能不能仅仅增加承载力的强度和韧性，而是提升钢筋混凝土的结构延性让它能够经受比较大的塑性变形，并且尽量避免产生损伤累积的效应。

2 桥梁抗震设计的重要性

随着社会交通形势的日渐严峻，多样化的出行需求对于道路交通设置和规划的要求也逐渐增高，如今，世界范围内的地震次数越来越多，很多国家为了使地震灾害降到最低程度，都在不断探索新的抗震方法。对于交通方面来说，桥梁的抗震设计会对整个交通领域的安全性起到较大影响，桥梁的抗震设计会直接提高桥梁在经历地震灾害时的稳定性，保证桥梁本身及周边的道路通行安全。作为桥梁设计工作人员，要不断普及桥梁抗震设计的重要性。当然，在了解桥梁抗震设计的重要性的同时，我们更要清楚的了解桥梁震害的主要原因。

2.1 桥梁结构缺乏防震设计

现在我们常见的桥梁一般都是梁式的，这种结构的桥梁在发生地震后出现位移，很有可能会出现桥梁上部结构因盖梁宽度设置不合适而出现落梁或者梁体互相碰撞形成的破坏。在拱形结构桥梁设计工作中，抗震设计如果不够合理，最先破坏的部分就是拱上建筑和腹拱部分。位于拱顶和拱脚部分的拱圈会产生裂缝，也可能是整个拱隆起变形。

2.2 桥梁地基缺乏抗震设计

如果桥梁地基土受到地震的影响，那么不仅会加大地震的位移，也会放大桥梁结构的振动反应，从而造成落桥。有些桥梁在建设过程中会采用群桩基础，这会造成桩基的承载力降低，进而导致桥梁横向或者竖向移动。除此之外，如果在建设桥梁时没有修建稳定的地基，地震时便会因部分地基失稳而引起结构物的整体倾斜，从而造成落桥。

2.3 桥梁支座缺乏抗震设计

在地震力的作用下，如果桥梁支座没有进行抗震设计，必然会导致桥梁构造上连接的不足。或者在进行桥梁支座施工时，没有按照实际情况配置合理的支座型式、没有采用质量合格的建筑材料，也会导致桥梁支座发生过大的位移和变形，甚至会造成支座的锚栓拔出、剪断等各种形式的破坏。

3 桥梁震害的毁坏类型

3.1 支座毁坏

桥梁支座联系着桥梁体和桥墩，是二者传力的重要部位，如果它被毁坏将直接影响着桥墩和桥梁体。然而，历年多次地震当中支座发生破坏是非常常见的，由此我们可以看到，支座在整体桥梁的抗震能力方面属于其中的最为薄弱的环节，支座的毁坏类型大致有以下几种，剪断、支座的锚固螺栓被拔出、支座自身结构发生毁坏、活动支座掉落等，而且同时伴随支座垫石混凝土碎裂、尤其是在支座移位、脱落、倾倒之后，传递结构力的形式产生变化，进而会影响桥梁其他结构位置的抗震性能，这样便导致桥梁震害带来的负面影响更深一步恶化。

3.2 落梁

梁间毁坏、支座损坏、梁的长度不能满足支撑、台﹙墩﹚与梁体发生的位移比较大等情况都有可能造成落梁。

3.3 桥梁地基的破坏

地震导致地基发生液化反应，造成承载能力降低，引起基础沉降。进而造成桥梁墩台发生沉陷，该种现象经常发生在承载能力不是特别强的粘土质砂土、砂质粘土等地基当中。地基发生液化的情况使得它剪切的能力大为减小，导致墩台以及桥梁地基由于地震土压力和静止土压力的影响顺着液化部分转动或者水平移动。桥梁地基造成的震害常以浅基础与桩基础墩台发生移动或者下沉最常见，桥梁基础由于附近的地基在发生地震时产生塌方最可能发生在粉砂土、软粘土以及饱和松砂层层面是倾斜状的地方。在地基偏弱的区域，灌注桩被破坏的部分通常位于地面下部一至三米范围以内，桥墩产生水平移位属于常见的现象。

4 桥梁抗震设计的原则

科学合理的桥梁抗震设计在设计结构中要求对桥梁的各项指数进行科学规划，确保桥梁的强度、刚度和延性等数据实现最优组合，保证桥梁结构符合经济发展的初级目标，也符合抗震设防的根本目的，想要实现这一目的需要桥梁设计工作过人员细致分析桥梁的结构，了解地震特点，掌握桥梁结构中会受地震影响的结构因素。另外，相关工作人员要具备足够的工作经验和设计能力，不能完全按照规范要求刻板的执行。在实际抗震设计工作中，要遵循相应的原则来提高桥梁抗震的基本性能。

4.1 选择适当的场地

想要确保桥梁抗震设计工作的有效性，就要坚持选择适当场地的原则。在桥梁的选址时，要保证所选择地址的抗震能力足够强，另外要确保场地有足够保证桥梁的地基稳固性，这样才能够保证一旦发生地震时桥梁的稳固。除此以外，我们还需要注意的是，除了不能够选择松软的土地或者不稳定的坡地，对可能会受到周边影响的其他地区也不要选择，这样能够避免其他危险的出现。

4.2 注意结构上的对称

桥梁的抗震程度在很大程度上会受其结构影响，所以结构的对称性设计是桥梁设计需要遵循的重要原则。在抗震度方面，等跨桥梁对称性的结构刚度要优于不等跨桥梁对称性的结构刚度，在地震灾害的预防方面效果也更加明显。例如，如果桥墩的高度相差较大，其不同高度的桥墩会受到不同的水平震力的危害，使得桥墩受到较大的地震力。所以在桥梁的防震设计工作上，要保证桥体结构的对称性，尽量不选择跨度大的结构，最大可能的保护桥梁的稳定性。

4.3 设置多道抗震防线

想要从根本上预防可能存在的风险，就要预先设置风险的防护手段，在桥梁的抗震设计工作中要遵循尽量设置多道抗震防线的原则，保证桥梁能够在遭遇不同方向震力的同时依然保持自身的稳定性。如果在地震的破坏下，第一道防线被破坏，后续的防线也能够紧接着提供后续的保护，这种多道抗震防线设置的原则能够从根本上保证桥梁的稳固性，可以有效的提高桥梁在经历地震灾害时桥体的稳定性和抗震能力[1]。

4.4 能力设计原则

站在桥梁设计原则的角度分析，能力设计原则的根本设计要点在于重视安全度的不同，也就是说在不同的构建以及破坏模式下，确定不同强度的安全度，通过安全度差异的设置，保证桥体结构在大地震下能够实现延性反应。避免脆性破坏情况的出现，在过去我国传统的建筑抗震设计工作当中，一般比较容易出现脆性破坏的情况，这是今后设计工作中需要避免的。

5 桥梁抗震设计技术方法

5.1 基于性能的抗震设计

基于性能的抗震设计指的是在不同频率的地震影响下，可以保证桥梁的结构能够最大限度的预防地震带来的影响，这是桥梁抗震工作的最终目的。这一设计理念的最终目的是确保在地震发生之后，可以最大限度的保护人员和财产不受损失或者将损失控制在最小范围内。另外，地震后，确保桥梁的结构依然保持基本的使用性，这种设计方法的特点包括以下几方面。首先是改变了以整体性考量为主的设计思路，开始向量化的多重目标发展。抗震目标的设计不仅仅局限在对人民生命财产的保障上，更主要的目标和内在需求是通过有效的抗震设计，最大程度的确保在不同等级的地震活动下满足桥梁具备不同使用性能的最终目的，保证人民生命财产不受威胁[2]。

在具体的设计过程中，我们可以从以下几方面入手。首先要重视桥梁的整体性设计，防止落梁。一般情况下常规桥梁的设计要重视桥梁纵向的联系，同时增加梁宽以避免主梁出现位移的情况，另外要对墩台顶盖梁和支座的实际宽度进行分析，结合具体情况进行调整，要设置专门的挡块；其次要重视结构的规则性，防止桥体扭曲破坏，在进行整体设计时，要确保连续跨内下部墩身的主体刚度保持一致或者相对统一，确保结构对称，减小地震的影响，防止扭曲反应的扩大化；再次，要重视消能、隔振设计。位于高烈度区的桥梁应将消能装置设置在纵向位置上，还可以将结构阻尼设置在梁体或者墩台位置上形成消能机制[3]。

5.2 基于位移的设计方法。

实际上，在很早之前就有基于位移的设计方法，但知道最近几年这一设计思路的发展才逐渐深化，也由此成为桥梁抗震设计的主要方法。这种方式是在结构强度不足的基础上总结出来的，强度不足的主要原因在于一些外在环境，包括经济、施工水平等方面因素的影响，导致强度不足。在地震对梁体结构产生影响时，结构会因此产生形变，这种情况下只有通过结构性能衡量指标的改变选择一些适合的或者安全系数更高的构件[4]。

5.3 多阶段设计方法

想要最大可能的确保人员和财产安全不受地震影响，要不断更新设计预防手段，避免震后经济受到不良影响。其中需要考量的内容有很多，首先，要尽可能对桥轴线进行直线设计，主要原因为曲线梁将导致地震作用下结构反应较为复杂，导致转动响应的出现进而增加位移，在桥梁抗震设计中尽可能不用伸缩缝确保桥面的连续性；其次，尽可能不要在软土或砂土上进行桥梁基础建设，要在岩石或坚硬土上进行基础建设，这样可以有效避免地震等灾害对程建设的损害，确保顺着纵、横桥向的桥墩刚度相同，如刚度具有大改变地震过程中桥墩破坏程度较大；再次，在桥梁工程抗震设计中尽可能选用小跨径，要在墩柱上设置塑性铰这样可以为观测、修复提供方便。桥梁应选用大变形能力的结构。在抗震防线设置中应选用超静定结构,不能选用静定结构[5]。

6 结论

综上所述，本文分析了地震对于桥梁的危害，针对地震对于桥梁危害的部位，随后提出了相应的设计方法，针对设计过程中的注意事项，本文亦进行了分析，目的是为了提高桥梁抗震设计过程中的安全性及适用性。

[1]胡玲玲.桥梁抗震性及耐久性设计实例研究[J].交通标准化.2019(20):61-63.

[2]谭逢刚.浅析桥梁结构耐久性及抗震性设计[J].城市建设理论研究：电子版.2018.(7)：34-36.

[3]李爱萍.论公路桥梁的细部设计对其抗震性能的影响[J].科技创新导报.2019.(19):121-121.

[4]王伟.现代桥梁抗震设计需关注的几个问题[J].科技信息.2018（10）：17.

[5]刘志强.浅析桥梁抗震设计的重要性[J].城市建筑.2019（09）：121.

黄永强（1989.02- ），男，民族;彝族,籍贯：四川攀枝花，职称：工程师，学历：本科，单位：四川恒盛路桥勘察设计有限公司，研究方向：桥梁设计。

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