关于桥梁工程抗震设计的科学研究

韩稀桐

内容摘要 桥梁工程是交通网络的一个重要环节，因此加大对桥梁工程抗震的研究就显得尤为重要，也成为了当前的热点问题。抗震设计就是抗震设计以及工程经验来获得基本设计原则和设计思想，从而能正确的解决结构总体方案、材料的使用，最终达到合理抗震的目的。文章将从桥梁抗震概念设计、等几个方面进行分析，为今后桥梁设计起到科学的借鉴作用。 关键词 桥梁工程抗震设计结构

一、对桥梁震害的概述

近几十年来，在全球发生了多次大地震，这就说明桥梁工程作为抗震防灾、危机管理系统的重要组成部分，在地震中必将受到严重的破坏。一旦桥梁在地震中受到破坏，就会使地震产生的次生灾害进一步加重，也给灾后重建工作带来极大的困难。桥梁是重要的社会基础设施，提高桥梁的抗震性能是减轻地震损失、加强区域安全的基本措施之一。

二、桥梁工程抗震设计原则

抗震设计要求的是设计出来的结构在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合，并最终达到经济的实现抗震设防的目标。因此，就需要桥梁设计工程师们具有丰富的经验和创造力，并深入的了解对结构地震反应有重要影响的基本要素，而不仅仅是按规范的规定执行。抗震设计在遵循的一些基本原则的基础上，还要结合着历次的桥梁震害教训和当前公认的理论认识。

（一）体系的整体性和规则性

桥梁的整体设计性要好，上部结构应尽可能是连续的。较好的整体性是结构发挥空间作用的基本条件，同时也能防止结构构件及非结构构件在地震时被震散掉落。总之，无论是在平面还是在立面上，结构的布置都要力求使几何尺寸、质量和刚度均匀、对称，以免突然出现变化。

（二）场地选择

桥梁工程抗震设计所选择的场地应该考虑一个地区内的场地选择，可以根据地震危险性来具体选择一个比较安全的厂址。此外，为了避免地震时可能发生地基失效的松软场地，必须选择坚硬场地。

（三）能力设计原则

能力设计思想所强调的是强度安全度差异，也就是在不同构件和不同破坏模式之间确立不同的强度安全度。强度及安全度之间存在着差异，因此要确保结构在大地震下以延性形式反应，不发生脆性的破坏模式。过去的建筑抗震设计中，通常采用的是“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”的设计思想。

（四）提高结构及构件的强度和延性

桥梁结构的地震破坏主要来源于地震动引起的结构振动，抗震设计应该使从地基传入结构的振动能量为最小，防止破坏。此外，在不改变刚度的前提下，采用提高总体强度和延性是两个有效的抗震途径。地震还可能造成结构和构件周期反复变形，这样就会使其刚度与强度逐渐退化，所以要重视起延性。

三、桥梁减隔震技术

（一）减隔震技术的概念和发展

减震是人为在结构的某些部位设置阻尼器或耗能构件，来降低结构的地震反应；而隔震则是通过延长结构的自振周期来避开地震卓越周期，从而降低结构地震反应。美国第一次将减隔震技术用于桥梁是在1984年，1990年，美国新建了第一座采用减隔震技术的桥梁Sexton桥。在日本，第一座建成的减隔震桥梁是静岗县横跨Keta河的宫川大桥。

（二）常用的减隔震装置

1、铅芯橡胶支座

铅芯橡胶支座在支座的中部或中心周围部位竖直地压入高纯度铅芯，并以板式橡胶支座为基础，重点用来改善支座阻尼性能的一种减震支座。铅芯具有良好的力学特性，具有理想弹塑性性能，能够提供地震下的耗能能力。由铅芯和分层橡胶支座结合的铅芯橡胶支座能够满足一个良好减隔震装置所必备的基本要求。

2、分层橡胶支座

分层橡胶支座主要是由薄橡胶片与薄钢板相互交替结合而成的，在抗震设计中，要考虑分层橡胶支座的水平刚度和阻尼作用等。橡胶支座在变形过程中消耗能量提供阻尼，这种阻尼主要取决于橡胶层变形的速度。分层橡胶支座的力所提供的阻尼较小，因此，在减隔震桥梁设计中，通常是与阻尼器一起使用。

3、滑动摩擦型减隔震支座

滑动摩擦型减隔震支座利用不锈钢与聚四氟乙烯材料之间相当低的滑动摩擦系数制成，具有摩擦系数小、水平伸缩位移大的优点。在地震作用下，滑动摩擦型支座允许上部结构在摩擦面上发生滑动，通过摩擦消耗大量的地震能量。但是这类支座的缺点没有自复位能力，因此要与阻尼器和橡胶支座等其他装置一起使用。

四、桥梁抗震设计相关方法

（一）桥梁抗震概念设计

桥梁抗震概念设计主要是根据地震灾害和工程经验来获得的基本设计原则和设计思想，在结构总体方案及材料使用等方面发挥了重要作用。合理的抗震设计，所设计出来的结构无论是在强度、刚度还是在延性等指标上都有最佳的组合。但是要指出的是，强调概念设计的重要性，不是重视数值计算，而是为了给抗震计算创造出有利条件。桥梁抗震概念主要是根据桥梁结构抗震设计的，要选择良好的抗震结构体系。

（二）桥梁延性抗震设计

延性抗震验算所采用的破坏准则主要有：强度破坏准则、能量破坏准则、变形破坏准则、用最大变形和滞回耗能来表达的双重指标破坏准则。破坏机理可以总结为：在形成完全的塑性反应之前，出现某种程度的塑性应变，所消耗的能量自然的构成结构等效粘滞阻尼的一部分。一旦进入塑性变形后，就会产生塑性漂移，直到发生了倒塌现象。

（三）对地震响应的分析及具体的设计方法

目前已经发展了多种抗震设计理论和地震响应的分析设计方法，抗震设计的静力理论只考虑了高频振动振幅的最大值。反应谱理论虽考虑了振幅和频谱，却始终未能得到明确的反映。从组成结构抗震设计理论的几个方面内容入手，静力理论对四个方面都做了极大的简化，而动力理论则有比较全面的考虑，结构和构件的动力模型更为接近实际。总之，设计原则考虑到的多种使用状态有了概率保证。

五、结束语

通过上述分析，桥梁工程的抗震设计方法是经历了从强度、延性设计到基于性能发展的过程，根据当前的地震灾害特点，也要加大对桥梁减隔震技术的研究，以减轻地震损失，提高地震作用下桥梁的安全性。

六、参考文献

【1】王青《桥梁抗震设计规范以及建筑抗震设计规范的对比分析》，《世界地震工程》2006年04期。

【2】李曉明《试论我国铁路桥梁有关地震规范的沿革》，《山西建筑》2004年08期。

【3】李茜、张明《浅析桥梁抗震设计规范》，《工程力学》2008年11期。

【4】宋程海《论桥梁桩基震害特点及其破坏机理》，《震灾防御技术》2010年10期。