桥梁抗震设计原则与设计方法

高月

摘 要：设计人员与相关工作人员需要仔细对待桥梁工程的抗震设计，其主要表现在每个环节当中，是一项非常关键的系统工程项目。在对桥梁的抗震性能进行设计时，有大量应该重视的部分，应该持续的对其就那些探索与分析，优化桥梁的抗震设计技术，才可以具备较好的抗震性，在地震出现时能够给人们的生命健康与财产安全提供保障。

关键词：桥梁抗震;设计原则;设计方法

桥梁工程在交通运输中作为连接人与人之间的纽带，在我国的基础建设过程中发挥着非常关键的作用，但是由于我国许多地区都存在着地震状况，对桥梁进行抗震优化就显得非常重要。本篇文章重点探讨了地震给桥梁造成的破坏，与对桥梁进行抗震设计时需要坚持的原则和设计方法。当前我国内外较少涉及到对地震作用下桥梁结构破坏程度分析，于是我国的地震局研究场所对建筑物在各种程度下的地震程度进行量化式研究。但是，并没有对各种桥梁在余震中的抗震能力展开详细的分析，评估桥梁震后的抗震能力并对其进行加固依旧是确保结构在地震中依旧具备通行作用的关键措施。

1 桥梁抗震设计的基本原则

1.1 严格选择桥梁建设地点，综合评估建设地安全指数

通常来说桥梁建设的首要步骤就是要对桥梁的建设位置进行选择，而选择的依据包括了：其一，应该根据地震发生的区域进行划分，按照地震出现的几率与级别来展开判断与研究，找到部分不会轻易出现地震或在地震出现时不会遭受大量影响的地区;其二，与当地的地形条件相结合，在施工操作更加方便的地点，能够在地震发生时便于操作人员与财产进行分散与转移;其三，要合理的对当地的地质状况进行考虑，最好分辨出其中持力层更好的区域，防止在地震过程中导致土质松软而抗震无效。

1.2 重点关注桥梁的综合性设计，严格参照规范标准

对桥梁进行整体性的优化设计能够提高桥梁的刚度，在地震出现时降低碎石块的掉落量，在对桥梁进行设计时，无论是平面还是立面的设计都应该最大化参照基本的科学规律，采用合理的规格尺寸，在桥梁材料的应用上必须满足相应的硬度与要求，进而防止突然出现大量严重的物理性或化学性改变。另外，在结构设计过程中，最好对桥梁的上部结构运用连续性的结构。

2 地震对桥梁的破坏

2.1 桥梁震害的表现形式

桥梁在市政交通中是非常关键的构成要素，只要桥梁在地震时出现坍塌现象，就会使得交通通行瘫痪，给人员疏散与物资运输造成影响，就会十分妨碍地震的救援实施。而地震给桥梁造成的破坏重点分为这几种普遍形式：

2.1.1 支座损伤

地震会极大的提高支座的荷载能力，大于其承载力，进而导致损毁、破坏形成。因为支座受损就无法将地震的惯性力传输给下部结构，从而成功的防止地震荷载力转到桥墩造成桥梁损毁，并且支座损伤也会使得桥梁落梁被损毁。

2.1.2 剪切破坏

在产生地震时，桥梁会由于地震振动，使得桥梁所承受的剪切力大于自身的剪切强度，导致出现剪切破坏的情况。而剪切破坏重点分为这几个环节：其一，在桥梁的横截部位剪切弯矩大于本身强度时，就会使得截面产生缝隙;其二，因为地震时会加大荷载强度，而在桥梁柱当中渐渐的在倾斜部位出现剪切裂缝;其三，在地震的持续晃动下，会渐渐的变得弯曲使得剪切裂缝逐渐增大，最终桥梁会由于地震的出现導致剪切破坏。

2.1.3 弯曲破坏

由于地震的荷载功能，导致桥梁的构造产生变形，而变形太严重就会使得桥梁上的混凝土脱落、当中的混凝土崩开与钢筋弯曲的情况出现，进而造成桥梁结构的功能丧失。导致弯曲破坏重点划分为四个环节：地震导致的水平弯矩大于桥梁本身的承受力就会形成裂缝;接着由于地震荷载强度的不断加强，使得裂缝逐渐增加;而桥梁的形变逐渐严重，使得桥梁塑性加强，混凝土保护层掉落，最终导致桥梁产生弯曲破坏。

2.2 桥梁震害的关键因素

导致桥梁震害的因素重点涵盖了：（1）在桥台或桥墩部位出现重心偏移或缝隙、断开等情况，结构稳定性降低;（2）砂上液化和地基不牢，地基的晃动肯定会使得整个桥梁出现松动坍塌;（3）地震导致的连续作用力，让桥台、桥墩与支座偏离原来的位置发生碰撞，增加桥梁损毁;（4）在对桥梁进行设计时的构造不恰当，各个部件当中的连接设施出现问题，这些现象都会相应的降低抗震性能。

3 桥梁抗震设计方法

3.1 基于性能的抗震设计

这种设计形式指的是在各个程度的地震状态下，会使得结构性能可以实现预定的目的，在抗震设计中运用综合思想。主要是经过强度较大的地震后，可以把人的伤亡情况与财产损失拘束在提前设置的目标当中，在地震之后，依旧能够将以往中心在宏观性的目标转化为量化的多重目标。抗震设计所追求的将不会仅仅存在与对人民的生命财产进行保护，并通过多目标、多层次的方式展开抗震设计，最大化的在各种风险程度的地震中达到对应的性能目标，保护人民的安全。

3.2 巧用桥墩延性

由于桥墩存在一定的延性，能够将该特点运用在抗震设计当中，在地震等级较强时，会在桥墩位置产生稳定延性塑性铰，从而使得弹塑性发生形变，在将结构周期延长的同时还会将地震中形成的大部分能量进行消耗，所以通过桥墩对自身延性的强化，让震力利用限度中的塑性从外部延伸，在桥梁设计过程中时较为容易采取抗震措施。通过延性的抗震设计，应该按照弹性反应对塑性变形的程度进行计算，再按照抗震等级调整，以增强桥梁的抗震载荷。

3.3 设计新型桥梁

以往的桥梁抗震设计，重点是利用增强强度与延性来对地震力进行对抗，其可靠性主要源自于桥梁的抗震力比地震力小。然而地震力造成的破坏性在大部分情况下是不能准确估计的。一旦地震力大于设计值，桥梁要想在地震中完好无损具有一定的困难性。所以，对于该种问题，桥梁的研究人员创建了一种较新的桥梁构造为型钢混凝土结构，相对传统的混凝土构造有着较高的性价比与先进的技术优势。由于型钢混凝土构造的承载性在同样的条件下时钢筋混凝土的2倍，并且抗剪能力、延性也更强一些。再加上，新型结构在对能量的吸收、隔开与分散环节有着更多的优势，可以一定程度上降低桥梁在地震中产生的反应，进而合理的防止由于变形导致的危害，不但增强了桥梁结构的安全性，又可以减少造价，是桥梁抗震设计中最重要的方法。

3.4 基于位移的设计方法

及时基本位移的设计形式早就出现了，可是一直到现阶段才有更进一步的发展，变成了能够使用在桥梁设计中进行抗震的方法。它主要应用造结构强度不够的情况下，而使得强度较弱的因素为：大量规范因为经济等因素所限制，在对地震防控功能进行设计时，允许结构物质产生可塑性的弯曲改变，在此基础上，只的将结构性能的衡量标准进行更改，采用更加恰当的脆性结构或不得使用会出现非弹性影响的构件。该设计方式将结构的变形当做变量，最后的设计结果把构件的强度当成主要参数。

3.5 多阶段设计手段

要想在一定程度上确保人民群众的生命健康，减少地震后造成的经济损失，在对桥梁施工进行预防操作之后，应该持续的优化改革。当中应该关注的因素非常多，例如：地震的形成原因、特殊性能与大力作用下各种类型的构造特征、构件能力等等。这都应该让设计人员在研究分析过程中持续的总结经验教训，将以往单调的设防水准进行改革，转化成双水准或者三水准，将以往的一阶段设计转化成两阶段、三阶段，更严重的还会转化成更多的水准与阶段。

4 结束语

在进入21世纪至今，地震变得逐渐频繁地出现在世界各个地区，对现代桥梁进行抗震优化设计时存在的问题也越来越变成了广大人民群众所重视的焦点。因为桥梁建筑施工在交通网络中发挥着关键的作用，所以对桥梁进行抗震优化的价值也是无可厚非的，怎样增强桥梁的抗震性能变成了目前桥梁结构设计人员的关键任务。

参考文献：

[1]李国豪.桥梁结构稳定与振动（修订版）[M].北京：中国铁道出版社，2017.

[2]郭磊，李建中，范立础.直接基于位移的结构抗震设计理论研究进展[J].世界地震工程，2015，21（4）：157-164.