桥梁结构抗震设计与设防措施研究

杨健

（新疆交通规划勘察设计研究院有限公司，新疆乌鲁木齐 830000）

0 引言

作为公路工程建设的重要部分，桥梁工程建设质量与人们的出行安全息息相关，桥梁工程施工环境大多较为复杂，工程的后期运营维护也面临着较大的压力，因此，在进行桥梁设计时，必须高度关注其结构抗震设计，提高桥梁工程的承载力，保障安全性。抗震设计也是桥梁工程结构设计的重要组成部分，优化桥梁结构抗震设计，不仅能增强桥梁工程结构的强度，还能降低由地震等自然因素对桥梁工程造成的破坏。若桥梁工程结构抗震性与相关标准要求不符，一旦地震发生，桥梁结构易出现坍塌，导致的人员伤亡和经济财产损失不可估量。所以，对桥梁结构抗震设计与设防措施进行针对性研究，具有极强的现实和理论意义。

1 桥梁结构抗震设计概述

1.1 桥梁结构抗震设计的基本原则

在进行桥梁工程结构抗震设计过程中，设计人员必须始终坚持以下设计原则：首先，桥梁工程结构抗震设计必须围绕工程所在地的基本地质条件和地形结构而展开。在设计阶段，设计人员需全面了解工程所在地的地质环境，明确区域地形结构对抗震设计所提出的要求，综合分析工程所在区域地震自然灾害发生的可能性和具体频率，并根据桥梁工程建筑设计规模以及设计标准，对桥梁结构类型以及接触结构形式进行科学选择[1]。

其次，桥梁工程结构抗震设计应倾向有利于抗震的方向发展。在此过程中，需对桥梁工程建筑结构进行有效统一，防止高桥墩和大跨度结合所形成的不利于抵抗震动波的结构形式。进入设计阶段后，设计人员还需采取减少上部结构自重的方法，让桥梁结构展现出有利于整体抗震的形式。

再次，桥梁工程的整体外观形式设计也需发生改变，需保持较轻的自重和较小的刚度，展现出低重心的形式，为工程结构的基本施工提供便利。与此同时，桥梁工程结构抗震设计必须有效提升工程结构的安全性和整体性，桥梁的连接方式也必须保障安全。

最后，为实现桥梁结构体系的修复，在进行桥梁结构抗震设计时，需尽可能地采用先进的技术。在此过程中，还需对桥梁工程结构抗震设计进行优化调整，增加抗震和隔震能力，并依托科学的力学计算，明确桥体结构中钢筋配比和钢筋距离[2]。

1.2 桥梁结构抗震设计的必要性

地震这一自然危害的出现，不仅会为区域基础设施建设带来明显的破坏，同时还会直接威胁到居民的生命财产安全。从城市建设角度出发，桥梁工程的建设也是在地震灾害下落实抢险救灾，实现城市重建的重要基础性设施。为了提升桥梁工程结构的稳定性和安全性，有效抵御地震等自然灾害带来的损害，桥梁工程结构设计人员必须强化桥梁结构的科学设计，提高桥梁工程结构的稳定性。与此同时，桥梁是交通运输的重要组成部分，承载着大量车辆和行人的通行。在地震发生时，桥梁结构容易受到震动影响，如果没有进行抗震设计，可能发生倒塌或严重损坏，威胁到通行人员的生命安全。因此，桥梁结构抗震设计是保障人员安全的重要方式。另外，地震发生后，如果桥梁结构严重损坏，可能导致交通运输中断，影响人们的日常出行和物资运输。抗震设计可以提高桥梁的抗震能力，减少地震对桥梁的破坏，确保交通运输的畅通。更重要的是，桥梁是经济发展的重要基础设施，对于城市和地区的经济发展起着至关重要的作用。地震对桥梁的破坏会导致重建和修复的巨大经济损失，抗震设计可以降低地震对桥梁的影响，减少经济损失。再加上抗震设计可以提高桥梁的耐久性和使用寿命，延长桥梁的使用期限。这有利于减少资源的消耗和浪费，符合可持续发展的要求[3-4]。

2 桥梁结构抗震设计的方法

2.1 静力法

在当前桥梁工程设计工作过程中，桥梁结构抗震系数已成为广大设计人员关注的焦点。因此，在进行抗震设计时，设计人员必须对抗震方法进行合理选择，确保桥梁工程结构最终的抗震效果与预期相符。而在实践过程中，可借助静力法开展抗震设计。如果各个物体与各个部分之间的地震震动相同，结构上的作用仅局限在地面运动或物质质量所产生的惯性力上，在进行抗震设计时，就需忽视结构的动力性，并依托地震的惯性力来完成结构内力的分析工作。而从动力学角度出发，地震加速度并非破坏桥梁工程结构的唯一原因，除考量地震加速度对桥梁结构所产生的破坏外，设计人员还需对动力特征方面的因素进行分析。若结构物的基本特征周期小于地面卓越周期，一旦发生地震，桥梁的结构便不会被破坏。所以，设计人员在进行桥梁工程结构抗震设计时必须正确认知静力法的作用，将静力法合理融入抗震计算等领域，进一步优化抗震设计。

2.2 反应谱法

在应用反应谱法进行桥梁结构抗震设计时，设计人员需根据地震系数的取值来合理选择水准，并依据地震的加速度获得规律数值。在此过程中，相关人员必须确定某个反应在一定体系内的阻尼比，并依据数据的搜集结果，明确地震加速度的变化情况，借助绘制曲线的方式了解实际平均值。在设计实践工作中，设计人员需根据不同的特征周期以及不同场地的对应反应谱完成日常的设计，并对反应谱曲线进行科学绘制，保证设计方案的合理性。

3 桥梁结构抗震设计设防标准及设防措施

3.1 设防标准

在开展桥梁结构抗震设计工作时，设计人员必须深入了解具体的技术标准，实现经济和技术的高效融合，保证设计方案的科学性和合理性。在实际工作中，设计人员要依据桥梁本身的特征，对其进行综合分类，并在此基础上制订正确的设计方案，目前我国桥梁工程设计的地震标准偏低，我国公路工程抗震设计对于地震结构的反应规律认知也并不完善，致使抗震设计理念以及抗震设计所使用的方法存在明显的偏差。所以在实际工作中，设计人员可对国外关于抗震设计方面的标准和具体要求进行借鉴和参考，并结合我国当前桥梁结构和抗震设计发展现状，对相关参数进行合理设计，与此同时，设计人员还需充分掌握工程的抗震要求，在设计工作中融合渗透新型的抗震设计理念，实现抗震设计效果的优化。

3.2 设防措施

3.2.1 增强结构构件强度

在实际设防工作中增强结构构件强度至关重要，桥梁工程结构的地震破坏大多是地震所导致的结构震动。因此，在实践过程中，相关人员必须依据地基的特征明确结构的震动能量，并将其作为最小值，保证桥梁工程结构满足相应的强度需求。与此同时，还需在不增加重量和高度的基础上提高结构总体强度，在选择高度时必须综合了解现场实际情况，优化设计效果。作为决定桥梁结构抗震能力的重要参数，强度的保障至关重要，地震的出现极有可能导致桥梁工程结构出现反复变形，这也会致使桥梁结构刚度和强度退化，所以在实践过程中，相关人员需强化对此类问题的认知，落实延性设计，对抗震设计模式和方案进行优化、完善和调整[5]。

3.2.2 做好场地整体规划

在进行场地整体规划过程中，首先要全面了解地震的危险性，合理选择施工位置。与此同时，还需对施工场地进行科学规划，为后续施工提供便利。进入实践阶段后，为了有效规避地震所导致的地基失效，需要强化场地的处理，尽量选择在较为坚硬的场地进行日常工作，保障桥梁的整体性，维持上部结构的联系性，防止结构构件散落。在后续工作中，需结合空间作用的基本条件，优化平面和立面上的结构布局，对几何尺寸和质量等因素进行综合考量，确保刚度的均衡性。

3.2.3 优化支座和布置方式

我国设计人员在进行桥梁结构设计时，并未过多关注支座结构和造型，而现阶段，应用频率较高的支座形式以普通橡胶支座形式为主。但是普通橡胶支座形式的弊端在于不能有效降低由地震造成的桥梁结构损伤，甚至会造成桥梁结构的进一步破坏。所以，在进行桥梁工程结构抗震设计时，设计人员必须对支座结构形式进行科学选择，需依据桥梁抗震设防的主要需求，选择更契合的支座类型，同时，还需优化支座的结构布局，在固定支座时需综合考量固定位置，对抗震设计所产生的影响通过活动式支座布设的方法，对地震能量进行分担。

3.2.4 科学设计柱式桥墩

目前柱式桥墩是桥梁工程结构中较为主流的形式之一，在进行桥梁结构抗震设计时，为优化桥梁结构抗震性能，设计人员也必须关注桥墩之间的结构优化，桥墩的设置高度不宜过高，过高的桥墩很可能导致弱柱强梁的问题。桥墩之间的结构高度也必须保持均衡度，避免强度等级差异过大[6]。

4 桥梁结构抗震设计注意事项

4.1 做好基础性规划

在进行桥梁结构抗震设计时，设计人员必须落实基础性规划，依据桥梁工程所在的具体位置，对设计方案进行完善。而在选择施工位置时，必须选择较为坚硬的场地，若施工区域处于稳定度不足的坡顶，则设计人员需关注施工场地的处理工作，在设计时要避免跨越地质断层。如果施工场地存在限制，要进行地质断层的跨越，设计人员必须有效分析地质情况，从安全角度出发，综合考量后续的施工情况及效果。

与此同时，设计人员还需充分掌握桥梁的选型工作，对关键程序进行有效把控，桥梁选型需全面考量地形、地质条件等因素，在明确现场情况的基础上实现抗震的合理设计，从技术层面优化桥梁结构体系，保证抗震设计达到最优效果。而倾斜地区的抗震性能本就相对低下，其对桥墩的基本动力放大系数也有着明显的影响，这也会在一定程度上加深震撼发生的程度，一旦出现地震问题，便极易产生偏移和错位现象，因此，在实际工作中，设计人员必须对这些问题引起高度重视。除此之外，对比不等跨结构桥梁来说，对称性结构桥梁具有更优的抗震性能，若桥梁桥墩高差过大，桥墩工程结构所产生的水平震动力也会随之增加，而该震动力很可能威胁到桥梁结构的安全，所以，设计人员在进行桥梁结构抗震设计时，也必须密切关注这一要点。

4.2 优化抗震性能

在桥梁的设计阶段，首先需要确定设计地震动参数，包括地震分区、设计地震烈度和设计地震加速度反应谱等。这些参数是根据地震活动性、地震历史记录和工程所在地的地质条件来确定的。一般来说，地震分区越高，设计地震动参数越大。之后，设计人员可根据设计地震动参数进行桥梁结构的响应谱分析或时程分析，评估桥梁结构在地震作用下的受力情况。响应谱分析是根据地震动参数和结构的特性，计算出结构在不同周期下的响应加速度，并与结构的承载能力进行比较。时程分析则是利用地震动的时间历程，模拟结构在地震过程中的动态响应。而在进行结构设计时，应充分考虑地震荷载的作用，通过合理的结构形式和材料选用，提高桥梁结构的抗震性能。一般来说，抗震性能较好的结构形式包括连续刚构桥和悬索桥等。钢筋混凝土结构通常比钢结构具有更好的抗震性能，因为混凝土在一定程度上具有一定的延性。

此外，为了提高桥梁结构的抗震性能，还可以采取一些增强措施，如加固桥墩、设置防震支座、增加桥梁的刚度和强度等。同时，桥梁的基础设计也应考虑地震作用引起的地动力和土壤液化等问题，并采取相应的加固措施，如增加基础底面积、加固桩基等。总之，桥梁结构的抗震设计需要综合考虑地震动参数、结构形式、材料选用和加固措施等因素，以确保桥梁在地震发生时具备足够的抗震能力，保证人员和交通的安全。

最后，在桥梁结构的抗震设计中，连接件和节点的设计也是非常关键的，它们承担着传递力和保证结构整体稳定性的重要作用。连接件的设计应考虑其抗震性能，确保能够承受地震作用引起的水平力和竖向力。连接件的选材一般应符合相关标准，并具备较高的强度和刚度。常见的连接件包括螺栓、焊接、钢筋连接等，在连接件的设计中，需要考虑强度、刚度、可靠性和施工方便等因素。

5 结语

综上所述，在桥梁建筑结构设计过程中，抗震设计占据着重要地位，优化桥梁结构抗震设计，不仅能保障桥梁工程后续运营阶段的安全性和稳定性，同时还能降低因地震等自然灾害对桥梁工程所造成的破坏。因此，桥梁工程结构设计人员必须有效把控桥梁工程结构设计的思想和原则，合理选择桥梁结构抗震设计方法，做好桥梁结构抗震的设防措施，进一步提高桥梁结构抗震水平，为人们的出行安全保驾护航。