浅谈桥梁结构抗震分析及抗震措施

张元生

摘 要：我国是一个多地震国家，近二十多年來，大批桥梁雨后春笋般涌现，确保桥梁在可能发生的地震中安全可靠运营，最大限度避免人员伤亡，减轻震灾带来的经济损失，且设计上又不过于保守，成为工程界日益关注的话题。在桥梁设计过程中采取适宜的抗震措施来减小乃至避免地震对桥梁破坏，降低经济损失。

关键词：抗震；桥梁设计； 抗震措施

中图分类号：TU973+.31 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）09-0103-01

1 震害形式

“前车之鉴，后世之师”，通过对汶川、玉树地震发生后，桥梁破坏的调查与研究，桥梁震害形式主要有以下几种：

1.1 支撑连接部件（支座）震害

支座在地震中破坏形式有锚固螺栓拔出、剪断、支座位移、活动支座脱落等且支座破坏又会引起连锁反应如伸缩缝、挡块破坏、甚至落梁危险等。

1.2 上部结构震害

受地震水平力作用桥梁上部结构在纵横向及扭转发生移位。主要表现形式有梁体间脱离、错位、顶撞；大位移会使梁体超出墩台支撑面造成落梁（如汶川百花大桥、庙子坪大桥落梁）。落梁的毁坏性是巨大的特别是顺桥向的，梁体掉下来会直接砸到墩台，造成不可修复性的破坏。

1.3 下部结构震害

分为桥墩和基础的破坏，该震害是由于桥梁受到较大水平力，瞬时反复振动导致薄弱截面产生破坏而引起的。

1.3.1 桥墩破坏

经大量震害实例调查研究，柔性桥墩的长细比较大多为弯曲破坏（延性破坏），表现形式为：混凝土开裂、压溃、钢筋裸露与压弯并会产生很大的塑性变形，原因主要是由于横向约束箍筋配置不足、间距过大，纵向钢筋搭接或焊接不足、失效，钢筋锚固长度不足，箍筋端部没有弯钩等；粗矮墩的长细比小多为剪切破坏（脆性破坏）。表现形式为：混凝土大裂缝、钢筋切断等，原因主要是由于墩柱抗剪强度和横向箍筋配置不足等。

1.3.2 基础破坏

基础破坏主要是基础移位、场地土液化、不均匀沉降或是上部结构的惯性力影响引起桩基剪断、弯曲破坏等。

2 桥梁抗震设计与措施

汶川地震后调查显示干线公路桥梁震后破坏程度远小于地方道路桥梁，主要是因为干线桥梁采用了有效的抗震构造措施且结构安全富裕较多，事实表明合理的抗震构造措施可以有效减轻震害，而所耗费的工程代价比较低，因此抗震构造措施在常规桥梁抗震设计作用重大。桥梁抗震措施如下：

2.1 支撑连接部件（支座）震害措施

常规桥梁基本都选用普通橡胶支座，而普通橡胶支座在震后破坏会加剧桥梁上部结构的损伤，所以我们在设计中应根据当地桥梁抗震设防要求，选用适宜支座，对基本地震动峰加速度峰值0.1g及以上地区应选择隔震支座。隔震支座是在普通橡胶支座中心插入铅芯，用来改善橡胶支座阻尼性能。铅芯隔震支座除能承受结构物的重力和水平力外，铅芯产生的滞后阻尼塑性变形还能吸收能量，并可通过橡胶提供水平恢复力。

2.2 防止梁体移位、落梁的措施

2.2.1 顺桥向移位、落梁措施

增大梁板与墩台搁置长度，按照《公路桥梁抗震设计细则》（JTGT B02-01-2008）的规定简支梁梁端至墩、台或盖梁边缘最小值a≥70+0.5L（L梁计算跨径），该值取自日本抗震设计规范，而日本是全球发生地震最多的国家，多数学者认为把日本的抗震规范用在中国比较保守，该种认识属于误区，当“长桥高墩”时应在规范基础上给予更多安全富余。例如都汶高速公路庙子坪岷江大桥第10跨（跨径50m、墩高70m）。虽然盖梁宽度高达3.0m（根据《抗震细则》，取2.0m即可），但该桥还是发生纵向落梁。所以设计中应注意“长桥高墩”，特别是设置伸缩缝的相邻联桥墩，不仅要将主粱支承长度取值放大，还要设置主粱限位装置及其纵向防落梁构造。

2.2.2 横桥向移位、落梁措施

根据汶川、玉树地震后的调查表明桥横向抗震挡块破坏损伤严重，说明挡块设计存在构造尺寸偏小，主筋配筋率偏小且挡块与梁板之间缺少减震橡胶块的问题。所以今后桥梁设计中应加大墩台挡块构造厚度，且在挡块和梁体之间设置缓冲橡胶块，按“小震中震不坏、大震不倒”的设计原则确定挡块尺寸。

2.3 桥墩破坏的措施

柱式墩在桥梁设计中比较常见，而圆形独柱墩在地震中会发生崩溃性破坏比如日本阪神地震，同时汶川地震也表明矩形墩抗震性能优于圆形墩，今后抗震设计中应首先尽量避免选用抗震性能差的圆形独柱结构，优先选择矩形截面独柱结构；需要注意连续梁桥高度不同的桥墩，地震反应也不同。矮墩的地震响应比高墩大很多，因此要重视一联中矮墩的设计；加强墩柱及桩基础箍筋的设计，采用Ⅲ级钢筋，分区段进行加密；重视桥梁刚度突变处的构造设计，如系梁（系梁在抗震中起到很大的作用）。

3 桥梁抗震设计注意点

在满足桥梁通航要求的情况下应选用小跨径的桥梁而不用大跨径，因为大跨径桥墩在地震作用下墩柱轴向力大，造成墩柱的延性能力降低；在地震过程中曲梁桥会使结构地震反应复杂化，所以桥梁轴线应尽量设计成直线。同时使桥台和桥墩与轴线垂直，因为斜交会引起转动响应而增大位移；尽量少用伸缩缝，不将桥面做成简支，简支梁抗震性能差在地震时容易落梁；基础设计应避免搁置在软土和砂土上，因为软土和砂土容易放大结构的位移响应，且软土有震陷、饱和砂土有液化等地震灾害；桥墩刚度在纵、横桥向应尽可能保持一致，刚度变化太大，地震时刚性桥墩容易产生破坏。

4 结语

伴随着《公路桥梁抗震细则》（JTGT B02-01-2008）的颁布和推广乃至以后新的抗震规范的出现，桥梁抗震措施作为桥梁设计的重点环节，在一定程度上缓解了地震对桥梁破坏，打开了一条绿色生命通道，在地震发生时，确保了道路的通行，保障了救援工作以及震后家园重建的迅速恢复。

参考文献

[1] 重庆交通科研设计院.JTG/T B02-01-2008 公路桥梁抗震细则[S].人民交通出版社，2008.

[2] 交通部公路规划设计院.JTJ004-89 公路工程抗震设计规范[S].人民交通出版社，1989.

[3] 柳州东方工程橡胶制品有限公司，等.JTT 822-2011 公路桥梁铅芯隔震橡胶支座[S].人民交通出版社，2011.

[4] 叶爱君.桥梁抗震[M].北京：人民交通出版社，2011.