桥梁抗震设计的探讨

张培泽

（山西省公路局太原分局勘测设计所，山西 太原 030000）

1 桥梁抗震结构受到地震破坏的主要形式

根据以往地震所获得经验，除因地震失效而引起的破坏之外，桥梁混凝土受到破坏主要有以下四种常见的形式：

1.1落梁破坏。落梁破坏是当梁体的水平位移超过了桥梁梁端的支撑长度时，桥梁与桥墩之间的相对位移逐渐增大从而使支座失效丧失了对桥梁约束能力的一种破坏形式。当支座受到破坏、桥梁的支撑长度不够、梁间因地震而产生碰撞时常常会导致落梁破坏的发生。

1.2支座损伤。地震的惯性力是通过支座从桥梁上部传到下部结构的，支座在结构设计时是有荷载强度的，地震来临时，传递的荷载超过了支座的荷载强度时，支座便会损伤并且破坏。由于支座的损伤地震的惯性力便不会传到下部结构，就可以避免地震荷载传到桥墩从而破坏桥梁，同时支座损伤也会造成桥梁落梁受到破坏。

1.3剪切破坏。当地震发生时，桥梁在地震水平倚戟的作用下，桥梁受到的剪切力超过了自身的剪切强度便会发生剪切破坏。剪切破坏主要有以下四个阶段：①当桥梁截面的剪切弯矩超过自身的强度时，截面便会出现裂缝；②由于地震时荷载强度越来越高，桥梁柱内会逐渐出现斜方向的剪切裂缝；③随着地震的继续发生，箍筋会慢慢开始屈服便会导致剪切裂缝越来越大；④最后桥梁便会因地震而发生脆性的剪切破坏。

1.4弯曲破坏。在地震的荷载的作用下，桥梁结构会产生变形，由于过大的变形会导致桥梁混凝土层的脱落、内部混凝土崩裂以及钢筋屈服的现象的发生，从而导致桥梁结构丧失承载能力。弯曲破坏主要也有一下四个阶段：①当地震带来的水平弯矩超过桥梁自身的开裂强度时，就会产生裂缝；②随着地震的荷载强度的提高，纵筋也会慢慢屈服，裂缝会继续发展；③桥梁的变形会越来越大，从而导致了桥梁塑性铰范围增大以及混凝土保护层的脱落；④发生弯曲破坏，混凝土的崩裂以及钢筋的屈服。

2 桥梁抗震设计的设计原则

桥梁抗震结构在刚度、强度以及延性上有最佳的组合并能够满足抗震的目标便是合理的抗震设计。结构设计师为实现这一目标，要有足够的创造力以及洞察力，设计出最为经济合理的抗震结构，不仅仅要深入的了解跟地震相关的各种建筑因素，设计师还应该遵循一些基本的抗震设计的设计原则：①桥梁抗震设计体系的规范性以及整体性。桥梁的上部结构需是连续的，整体性好了，便可以有效的防止地震来临时抗震的结构构件的掉落，同时结构体系的整体性对于抗震结构发挥空间作用也是十分关键的。另外抗震的结构设计体系还应规范，几何尺寸、刚度以及质量无论是在平面还是在立面空间内，布置都应该对称、均匀并且规范。②桥梁施工场地选择的原则。首先场地的选择要保证厂址是比较安全的，处安全性之外还有一个原则是：尽量选择具有坚硬土的场地而不是软粘土场地，因为当地震到来时，软粘土场地更容易发生地基失效；③提高抗震结构和构件的延性及强度。地震对桥梁造成的破坏的主要原因是由于地震时地震动而引起了桥梁结构的结构振动，因此，进行结构设计时，尽可能少的使地震产生振动能量传到桥梁结构内部去，同时抗震结构及构建又具有较好的强度、刚度以及延性，便可以有效的防止结构受到的破坏。桥梁抗震结构的刚性可以有效的控制结构的变形，而延性以及强度则决定了抗震结构的抗震能力。由于地震的反复振动会导致结构和构建的变形，从而减弱结构的强度以及刚度，因此在进行抗震结构设计时还应该重视结构及构件的延性设计。④尽可能多的设置抗震防线。当地震来临时，地震动破坏第一道防线后，第二道防线便起到了支撑的作用，防线越多，便可以越有效的避免桥梁的坍塌。⑤抗震设计的能力设计原则。强度安全度的差异性是能力设计的核心思想。即不同的构建与不同的破坏形式之间要确立不同的强度安全度。这样可以有效的防治地震来临时结构发生脆性破坏。通常情况下，我国普遍采用“强剪弱弯，强柱弱梁，强节点弱构件”的设计思想。

3 桥梁抗震设计的相关问题

3.1桥梁抗震概念设计。为达到合理的抗震目的，根据以往的工程经验以及地震灾害经验所获得的设计思想及设计原则，合理而有效的解决抗震结构的方案、材料、细部构造等问题即为抗震设计理念。一个抗震结构设计的是否合理，主要看刚度、强度、延性等指标的组合是否合理，如果合理，便是合理的抗震设计。强调抗震的概念设计是为抗震计算创造有利的条件从而准确而真实的反应地震发生的实际情况，并不是重视什么数值计算。因此，当进行抗震概念设计阶段，设计人员应严格执行设计要求选择最优的抗震结构体系。

3.2地震响应分析及抗震设计方法的改变。随着科学水平的不断发展，专家学者对结构动力特性以及地震动的理解也越来越全面，所以目前也已经发展出了多种地震响应分析的设计方法以及抗震设计理论。目前抗震设计的理论主要有静力理论、动力理论以及反应谱理论三种。无论是从地震的持续时间、频谱以及振幅地震三要素分析，还是从地震的反应分析方法、设计原则、输入地震动以及结构和构建的动力模型抗震理论的四要素分析，动力理论都是考虑最全面、研究最精细的理论。

3.3桥梁结构延性的抗震设计。目前在对桥梁结构的延性进行抗震验算时采用的破坏准则主要有以下几种：变形破坏准则、能量破坏准则，强度破坏准则、用最大变形和滞回耗能来表达的双重指标破坏准则等几种准则。桥梁结构延性的破坏机理可以总结为：当不完全进入塑性形变之前就已经出现了某种程度的塑性变形，这样消耗的能量便成为了有效粘滞阻尼的一部分；当进入完全的塑性形变时，抗震结构产生单方向的塑性漂移并沿其方向发展直至结构倒塌。因此若要保证在塑性形变的阶段结构不被破坏甚至倒塌，首要就要确保结构有足够的耗能能力。

3.4多阶段抗震设计方法。随着近些年科学水平的不断提高，抗震设计研究人员对在地震作用下，抗震结构的破坏机理以及构建能力的研究等方面的理解及认识也越来越深，同时在不同概率的地震作用下，结构的预期性能目标也是不同的，因此抗震结构设计的设防水准及设计原则都有了显著的提高。设计方法也从单一设防水准一阶段逐渐改善为多水准多阶段的设计方法。

通过以上论述，我们对现代桥梁建筑地震的主要破坏形式、桥梁抗震设计的设计原则以及桥梁抗震设计所存在的相关问题进行了详细的研究以及深入的探讨。做好了桥梁建筑的抗震设计，使用者的安全才能得到良好的保证，桥梁行业才能够继续蓬勃发展。

[1]王克梅.桥梁抗震的研究进展[J].工程力学，2007.

[2]王砚田.桥梁震害分析与抗震设计[J].交通标准化，2006.

[3]杨洪伟.浅谈桥梁抗震概念设计[J].山西建筑，2007.