桥梁抗震设计的探析

刘秀艳

摘 要：随着经济的快速发展，桥梁工程在我国是连接不同区域之间的重要纽带，但由于我国很多区域处于地震带上，对桥梁的抗震性能要求较高，因此，需要在设计之初做好抗震设计，提升桥梁工程的抗震性能。论文分析了地震对桥梁的影响，探究了桥梁工程中桥梁抗震设计的关键点，提出了抗震设计期间需要注意的事项[1]。

关键词：桥梁工程;抗震设计;荷载;关键点

0 引言

在桥梁的建设中应对桥梁防震害的设计水平重点研究，使其不断提高，结合使用科学有效的防震抗震加固技术措施，提高桥梁的稳固性能，使其能够发挥良好的抵御自然灾害的作用，促进我国经济的发展和人们生活的稳定。

1 桥梁隔震设计的重要性

桥梁无论在结构复杂性上还是在整个生命线工程中，均为重要的工程结构类型。基于此，桥梁抗震及其设计得到了很多专家学者的高度重视。抗震设计主要是从结构强度与延性两个方面考虑，确保桥梁整体抗震能力可以承受设计确定的地震荷载。为实现这一目标，要投入大量材料，增加工程造价，而且还很难达到预期抗震效果。近年来，很多国家都进行了桥梁减隔震方面的研究，在隔震技术中引入了相关科研成果。我国是一个地震灾害多发的国家，一旦发生强震，将会引起桥梁震害。

2 桥梁震害的原因分析

根据桥梁不同结构的构件，因地震的摧毁所引起的伤害程度的不同可分为下列几种情况：（1）在遇到突发强力地震时，桥梁的两侧因地形地貌的严重畸变而造成桥梁道路两岸的地层出现滑移，致使桥梁的结构受到一定程度的损坏。（2）由于强烈的地震灾害所带来较大的冲击力，使桥梁的桥墩部位出现表面破裂、形体畸变歪斜、结构外露等诸多损坏的现象。（3）对桥梁地基造成的损坏，在地震超强的冲击力的影响下，将会使桥梁河床的沙土出现液化，导致桥梁地基表面出现平整度不一的情况，也会造成桥梁墩台等原有的基础结构下沉而受到损坏。（4）由于桥梁具备一定的承受力限制，地震所带来的特殊的形态变化将会导致桥梁结构及材料严重受到损害，使其无法承受强大的地震冲击力。

3 桥梁隔震设计原则

（1）对于特定桥梁而言，其是否适合隔震，需要以固定周期增长以后，整个系统是否可以增加地震过程中吸收的能力为依据进行判断。与此同时，设置隔震装置以后，应确保桥梁上部结构和下部结构之间不会出现耦联振动效应。（2）在实际的桥梁工程设计过程中若使用隔震装置，则桥梁上部结构在产生地震的过程中出现的位移不能影响桥梁正常使用。（3）桥梁采用隔震措施后，其抗震性能应达到设计要求的性能以上。（4）桥梁采用隔震措施，基础周围地基必须具备良好的场地条件，如果桥梁处在软基地段，则一般不建议设置隔震装置。（5）应优先考虑结构简单且隔震性能满足要求的隔震装置，同时要在其力学性能要求的范围之内。

4 桥梁工程中桥梁抗震设计的关键点

4.1 统一标准下的桥梁抗震设计标准

桥梁抗震设计的过程中，可以先设计模型，提高设计工作的效率，解决了设计工作中，大量的前期预算的准备工作，如模型设计的合理性、抗震效果的实用性以及预估突发地震时，会给桥梁造成的影响和损害。因此，还须参考性的使用实际的数据信息，不能仅局限于以模拟器所提供的数据信息作为参考依据，无法确保桥梁的防震害设计达到规定的要求。为使桥梁抗震害设计符合规定的要求并且具有一定的实操性，须制定合理性的设计方案，负责桥梁工程防震害设计项目的工程师，必须事先掌握施工现场的实际情况，熟悉桥梁周边的地质环境的状况，找准防震害加固设计的最佳位置，根据实际情况选择合适的桥墩基础形式，使设计工作顺利开展。还须制定桥梁抗震设计方案的可行性标准，使其达到设计的标准要求。在开展设计工作中，须根据当地受灾区域，地震的振幅、频率大小、土质类型、气候特征等方面进行考察了解。设计人员应在实际的工作中，针对桥梁的薄弱位置特点、与各部位之间的关联情况及承重特点等方面进行分析，并结合实际的情况来制定可行的设计方案，还须注意保证预测数据的准确性，提高桥梁的抗震耐受性能，应预测将会出现的相关问题，以防止出现其他的安全隐患，影响了抗震设计的工作效果。

4.2 强度设计

桥梁工程的抗震设计，是最早采取的设计方法，设计的基础元素为强度。设定地震力作为结构分析的荷载，将其假设为静荷载，测定结构构件属性的合格状态。构件属性包括其强度与刚度，测量此两种属性在特定状态时的失效表现。此种以强度为设计原则的方法，仍然沿用在诸多抗震设计工作中，是一种颇为有效的抗震设计方法。

4.3 延性设计

依据地震中实际产生的桥梁结构破坏问题，总结弹塑性破坏特点，部分学者提出的抗震设计思想为延性，以延性為基础开展的抗震设计，具有反应谱特点。此种抗震设计方法，借助地震力完成系数修正程序，科学优化反应谱的加速进程，有效开展地震内力的性能分析，全面反映出各类结构延性的内在需求。

4.4 强化结构体系的桥梁抗震设计措施

桥梁的整体结构属于比较复杂的构件体，由于地震灾害对桥梁的各个结构比较容易造成不可避免地损害，如螺丝脱落的现象时有发生，尤其是桥梁的重要部位，若出现被损害或者螺丝脱落等其他的故障问题，将会使桥梁的安全性能以及稳固性能受到很大的影响。为使桥梁的各个构件提升其稳定性能，须优化设计方案，注重桥梁各个构件之间的连接设计，从其稳定性与抗震害的强度方面加以提升，以达到桥梁的每个部位结构间空间的合理性，促进了桥梁各个部位的连接性，突出了抗震设计效果的合理性。需注意桥梁各个构件的受压程度以及抗震害的承受能力，因此，在实际的设计工作中，应减低抗震害风险、稳定桥梁构件的抗压能力为设计目标，加强对桥梁结构的稳定性能。采用科学有效的措施，提高桥梁在面临地震灾害时的抵御能力，加强结构的刚度设计，可防止地震灾害时出现变形的现象;提高桥梁结构的延性设计，可有效预防桥梁在地震灾害中承受地震超强的冲击力所带来的损坏[2]。

4.5 桥梁抗震设计应遵循因地制宜的原则

为使桥梁抗震效果得到保障，在具体的设计中，必须遵循因地制宜的设计原则。在开展设计工作时，应先熟悉地震区域的地质信息、水文信息以及地震的等级信息等实际情况，然后根据这些实际情况，制定科学的、合理的抗震设计的标准，选择合适的桥梁结构，准确分析桥梁内力的变形数值，制定有效的设计方案。以此作为初步的设计方案，在后续的设计工作中，应以初步的设计方案为参考依据，在此基础上，通过对桥梁进行减震的设计方式完成后续的设计工作。同时，还需要编制地震应急预案，以保证桥梁整体结构的抗震性能有效提高。在具体的设计工作中，对结构形式的设计应采用直线的桥梁轴线形式，因为曲线的结构形式稳定性能较差。若是采用直线的桥梁轴线形式，可使桥梁轴线与河道之间相互垂直，使受力形式得到极大的简化，因此，设计的方案应考虑其合理性。若是在桥梁加固设计的过程中防止桥梁出现断层的情况，需要选择筒支体系展开设计工作，保证桥梁结构的稳定性和强度，避免桥梁出现倒塌的现象。为保证桥梁的抗震性能的良好，建议采用拱桥的设计方式，拱桥是在桥梁河岸的基础结构较稳定的情况下采用的设计方式，也是在桥梁两边侧方的边坡不够稳固的情况下需要使用的设计方法。

5 桥梁减隔震设计常用装置

5.1 分层橡胶支座

减隔震常用装置以支座为主体表现形式，材质有分层橡胶、铅芯橡胶两种。分层橡胶材质制成的支座，在国内通常称之为板式支座。分层橡胶支座的制作方式：薄质橡胶片交替结合于薄质钢板，在橡胶片与钢板交替形式下，完成制作;支座设计较为灵活，包括圆形、矩形。在抗震设计过程中，较为关注的是分层橡胶支座制成后，其在水平刚度、阻尼等使用效果。水平刚度具体指的是橡胶支座上下两个板面区域，在产生一定量位移时，外界应施加的剪切力，此剪切力以水平方向为主。橡胶支座在发生形变时，将会完成地震能量消耗，能量消耗的过程借助阻尼予以完成，阻尼的使用依赖于橡胶层形变情况。当支座制作材料为天然橡胶时，阻尼比设计范围为5%～10%。分层橡胶支座在实际使用期间，受力分析获取其位移情况发现：位移变化较小，消化地震能量表现较为优异，由此推断分层橡胶阻尼数值较小。为此，在桥梁工程开展减隔震设计时，应结合阻尼器共同使用，效果优异。

5.2 铅芯橡胶支座

铅芯橡胶支座的制作形式为在橡胶支座板式的制作完成时，在橡胶支座中心位置完成铅芯压入，此种铅芯具有较高纯度，以此提升支座阻尼应用性能，保障减震效果。铅芯的力学属性表现较为优异，其屈服剪力数值较低，仅有10 MPa，

同时其初始剪切刚度较大，高达130 MPa，其弹塑性能力优异，在对抗塑性循环时耐久性较强，保障在地震作用背景下，顺应耗能、静力荷载的各项需求。因此，铅芯压入分层橡胶支座中，获得了铅芯橡胶支座，其具有较为优异的减隔震性能，满足桥梁工程对减隔震装置的各项需求。铅芯橡胶支座能够在水平力较低的情况下，以较高初始刚度性能抵抗地震能量，产生较小形变。在地震能量作用背景下，铅芯具有屈服能力，降低其初始刚度，以此科学延长了桥梁工程使用寿命，有效抵消地震传递的能量，减少地震连锁反应，合理规避地震带来的桥梁破损问题。

6 结语

桥梁的抗震害设计，应遵循因地制宜、安全性能高、稳定性及抗冲击力强的设计原则，制定科学、合理、可行性的设计标准，使抗震设计各个阶段的工作顺利开展。抗震加固技术是桥梁设计工作中重要的环节，桥梁作为交通运输的主要通道，对人们的生活安定性影响较大。因此，加固桥梁使其抗震性能提高，对地震灾害突发时桥梁整体结构的稳固和桥墩包括桥梁整体结构的抗耐性能的提高有保障作用[3]。

参考文献：

[1]张宏杰.市政桥梁项目减隔震设计要点探微[J].科技创新与应用，2020（15）：96-97.

[2]梁忠华，刘新文.减隔震支座在桥梁优化设计中的应用[J].黑龙江交通科技，2020（5）：92-93.

[3]高永，項敬辉，谢雪峰.高地震烈度区省道桥梁设计重难点分析[J].天津建设科技，2020（2）：72-74.