双圆柱墩桥梁抗震设计方法探析

王林飞

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

抗震设计是桥梁工程设计中一项重要内容，设计的合理性会对桥梁工程的整体质量造成直接影响。因此，设计人员在进行抗震设计时要充分考虑桥梁工程防震目标，确保最终设计的合理性。

1 桥梁抗震设计方法

1.1 静力法

静力法就是将桥梁工程质量与地震加速相乘产生的惯性力作为作用在结构上的外力，完成外力抗震设计。静力法是桥梁抗震设计最早使用的一种方法，该方法对设计人员来说，内容简单，计算容易，理解难度小。需要相关工作人员注意的是，该方法要建设在桥梁结构的各个部分在地震时都不会发生变形基础上，桥梁工程结构需要具有无穷大刚度，只有这样，在具体设计时，才能忽略发生地震之后桥梁结构的动力特性，这也就导致该方法在具体应用期间，经常会得到错误结果[1]。而以静力法为基础，提出了震度法，该方法在具体应用施工时，将桥梁结构重力10%作为地震水平荷载[2]。

1.2 反应谱法

随着人们对地震运动研究的不断深入，加强了对地震波的观测，开展了相应分析工作，科研人员在对桥梁工程抗震设计时，不考虑动力特性做法显然不合实际的，在此背景下，反应谱法逐渐发展起来，而且得到了人们的关注。当桥梁结构遭受到多个方面地震作用影响时，进行抗震设计时采用反应谱法，需要综合考虑不同方向地震作用相互组合[3]。目前，桥梁抗震设计人员要通过对经验方法进行应用，将不同方向地震作用组合到一起。

采用反应谱法能够灵活地将桥梁工程的结构动力问题转变为结构静力问题，方法应用起来简单，理解容易，而且需要较少时间和计算，从而获取到较为精准的结果。需要注意的是，反应谱法应用也存在一定缺陷，主要体现在以下几个方面：

（1）反应谱法只适合应用在桥梁结构处于弹性状态下，只有在这一状况下，采用反应谱法才能保证最终设计的桥梁工程稳定性，避免发生地震时，桥梁工程遭受到毁灭性破坏。

（2）采取反应谱法无法精准体现桥梁工程结构在地震作用下的真实反应过程，其只能够得到地震作用下桥梁工程的反应最值。

（3）如果桥梁工程结构遭受到不同方面地震作用影响，若采取反应谱法，需要考虑振型组合问题，只有这样才能保证最终设计的合理性。

1.3 时程分析法

该方法在具体应用期间，能够采取输入适合地震加速度，采用多节点度、多自由结构模型，构建振动方程，采取逐步积分方式对方程进行求解，从而获取到各个时间点的具体反应特性值，针对桥梁工程由开裂到破坏整个过程受力具体情况的分析，获取到相应数据。从大量桥梁工程抗震设计情况来看，时程分析方法应用起来要比反应谱法更加准确，但是，时程分析方法应用时，计算起来更加复杂，地震运动速度输入具有不确定性，而且会消耗大量时间，这也就使该方法主要作为反应谱法的校核与补充。

1.4 功率谱法

该方法在具体应用期间就是将地震作为一段时间内出现的随机过程，利用平稳功率密度函数，完成对地震运动情况描述的一种抗震设计方法。功率谱法通过应用地震运动加速度平稳功率谱，完成对桥梁工程结构的振动分析，进而达到桥梁工程结构平稳功率谱方程和密度函数，设计人员通过对方程和函数进行应用，完成对桥梁工程结构在地震情况下，发生的最大位移值的计算。与反应谱法相比，功率谱法适合解决不同地面各个节点在发生地震之后，运动各不同的问题，需要注意的是，该方法不适合在结构非线性分析中应用。

2 Pushover 方法在双圆柱墩桥梁抗震设计的应用

2.1 Pushover 方法原理

Pushover 方法是双圆柱桥墩抗震设计中一项先进方法，该方法在具体应用期间，就是对结构施加水平力，进行结构抗震分析，是一种非线性方法。该方法的主要原理就是依据桥梁工程具体情况，向结构分析模上施加外力，再依据规律向结构分析模型上施加递增侧向荷载，从而让桥梁工程结构可以从弹性状态朝着塑性状态方向转变，此时，结构分析模型控制点位移会随着时间推移不断加大，直到控制点位移达到设定的位移目标为止。设计人员通过对Pushover 方法的应用，能够依据达到目标位移时模型的具体状态情况，完成对桥梁工程中各项结构的分析，确定最终设计结构抗震性能够达到要求标准。

2.2 Pushover 方法的假设

随着人们对桥梁工程抗震设计研究的不断深入，Pushover方法得到了广泛应用，特别是在双圆柱桥墩抗震设计中取得了不错的应用效果。但是，从实际应用情况来看，Pushover 方法理论基础还存在一定不合理之处，这对其应用造成了一定约束。针对Pushover 方法应用，要基于下列假定开展：

（1）桥梁结构第一振型直接决定了结构地震的具体反映情况。

（2）桥梁工程结构在高度方向发生变形情况，要由在发生地震之后，桥梁结构地震作用不变形状向量进行表示。

在对Pushover 方法进行应用时，要以上述假定为基础开展，能够转变桥梁工程中的多自由度结构，使其变为单自由度结构。从具体情况来看，多数桥梁工程结构的第一阶振能够精准体现桥梁工程结构遭遇到地震时的具体反应。由此可见，在基本假定范围内，采用Pushover 方法开展结构抗震设计是合理的。

2.3 Pushover 方法的具体实施步骤

在双圆柱墩桥梁抗震设计应用Pushover 方法，为了保证最终设计的合理性，要采取下列步骤实施：

（1）依据桥梁具体情况，进行结构模型建设，在该过程中，要选择与实际情况相符的便捷条件，将塑性铰设置在容易出现变形的部位。

（2）根据具体情况，向模型结构施加自重，同时将上部结构的荷载在竖向方向上完成传输。

（3）针对桥梁工程的模型结构情况进行分析，明确侧向加载模式，向结构施加水平方向荷载，荷载要为单调递增，而且要采用第一振型精准表示桥梁工程结构遭受到地震后的反应。

（4）计算桥梁结构模型上部结构在竖直方向上传递的荷载、模型自重以及侧荷载作用，从而明确结构是否已经处于屈服状态进行。

（5）重复步骤（1）～（4），直到最终加载结构塑性铰发生屈服为止。

（6）对获取到的成果进行整理，通过对计算机软件进行应用，获取到结构基地剪切和控制位移间关系曲线，依据最终整理成果，完成结构抗震性能分析。

3 结语

地震是一项无法预测的自然灾害，其会对人们的财产和生命造成威胁，强烈地震不仅会导致建筑倒塌，引发交通瘫痪，更可能对人民群众的生命财产安全造成影响。因此，必须要做好桥梁抗震设计，提高桥梁结构稳定性，为人们提供良好交通环境。