基于桥梁设计中抗震技术的应用探讨

周强 李宇斐 王宁

【摘要】桥梁作为公路交通网络的重要组成部分，建设数量也逐渐增多。桥梁设计过程中，抗震技术应用是确保桥梁结构安全的重要措施，运用抗震技术，能减少桥梁在遭受地震时的损失或破坏，有利于提高桥梁结构安全。本文对桥梁设计中的抗震技术进行简单分析，以供同僚参考。

【关键词】桥梁设计；抗震技术；桥梁抗震

一.桥梁结构遭受地震破坏的主要形式

结合历史上桥梁遭受地震所造成的破坏情况来看，混凝土桥梁主要产生断层、液化等地基失效引起的破坏，同时还包括弯曲破坏、剪切破坏、落梁破坏和支座损伤等形式。

1.弯曲破坏

桥梁结构在水平地震荷载作用下，产生过大的变形从而导致桥梁混凝土的钢筋压屈、保护层脱落、内部混凝土崩裂或压碎，导致桥梁结构失去承载能力。地震作用对桥梁结构的弯曲破坏，主要包括四个阶段：（1）桥梁在遭受地震时，弯矩超过混凝土开裂的强度时，在截面位置出现水平弯曲裂缝；（2）裂缝逐步发展和荷载强度的提高，导致受拉侧的纵筋达到或超过屈服强度；（3）变形量继续增大，导致混凝土的保护层脱落及塑性铰的范围扩大；（4）钢筋拉断或压屈，桥梁混凝土内部出现压碎或崩裂。

2.剪切破坏

剪切破坏又称为弯剪破坏，是在水平地震的荷载作用下，桥梁结构受到剪切力达到或超过截面的剪切强度，而发生剪切破坏。地震对桥梁结构的剪切破坏过程，主要包括以下阶段：（1）截面的弯矩达到或超过开裂的强度时，在截面上出现水平的弯曲裂缝；（2）裂缝继续发展及荷载强度的逐渐提高，在柱内出现斜方向的剪切裂缝；（3）局部的剪切裂缝逐渐增大，箍筋屈服并导致剪切裂缝明显增长；（4）产生脆性的剪切破坏。

3.落梁破坏

地震作用时，桥梁梁体的水平位移超过梁端支撑的长度时，会产生落梁破坏。桥梁结构产生落梁破坏主要是由于桥梁和桥台或桥墩的相对位移过大，而导致支座丧失约束能力所造成的破坏，一般发生在支座破坏、梁的支撑长度不够、桥墩间地震相对位移较大及梁间地震碰撞等情况下。

二.桥梁设计中的抗震技术

1.桥梁抗震设计基本原则

（1）桥梁结构体系的整体性和规则性

为减少桥梁在遭受地震时的破坏程度，要确保桥梁结构的整体性。较好的整体性可以防止桥梁结构构件在地震作用下被震散掉落而造成破坏，其上部结构尽量设计为连续的，促使桥梁结构在面临地震作用时能充分发挥空间作用。桥梁结构布置上要做到刚度、质量及几何尺寸的规整、对称和均匀，尽量避免出现突然变化，导致结构强度不高。

（2）确保桥梁结构和构件延性和强度

地震破坏对桥梁结构造成影响，其主要原因是由于地震引起的结构振动。在进行桥梁抗震设计时，要尽量使从地基传入到桥梁结构中的振动能量减低，确保桥梁结构具有适当的刚度、强度和延性，避免造成破坏。桥梁结构的刚度和延性对桥梁结构的抗震能力影响较大，结构刚度的选择有利于控制桥梁结构的变形。由于地震可能造成桥梁结构构件反复变形，导致强度和刚度降低，因此在注重强度和刚度的同时，要确保结构具有足够的延性。

（3）能力设计原则

桥梁抗震设计中，采用能力设计原则，主要是通过强度和安全度的差异，确保桥梁结构在地震作用下产生延性形式的反应，而不至于发生脆性的破坏。在拟定的桥梁方案中，要进行地震作用的分析计算，研究桥梁结构中的薄弱部位，并选择桥梁结构的塑性变形机制，将塑性铰的位置确定下来，确保塑性铰出现在易于修复和易于发现的结构部位。

2.桥梁设计抗震技术

（1）桥梁抗震概念设计

地震的发生存在复杂因素及不确定因素，因此桥梁结构的计算模型需要假定结果和实际发生情况存在较大的差异，导致桥梁抗震设计在某种程度上对结构的抗震性能难以掌控。对此，桥梁结构抗震设计时，不能单纯依靠计算，而是要融入概念设计。桥梁抗震的概念设计直接对桥梁结构的抗震性能造成影响，良好的概念设计基本要求是：设计桥梁方案时要根据精力分析、功能要求及桥梁抗震性能进行取舍，确保抗震结构体系的安全。进行桥梁结构抗震设计时，要注重上部结构和下部结构连接部位和过渡孔连接部位的设计，同时也要注重塑性铰预期部位及桥墩形式的选取；简单分析动力特性并对结构面对地震时的反应进行评估，对结构设计和结构的抗震薄弱部位、结构构件能否通过配筋等方面进行深入分析。概念设计是确保桥梁结构的抗震安全性、结构稳定性、项目经济性的重要手段。概念设计时，根据分析结果来对结构抗震性能进行优劣评判，根据具体情况对桥梁设计方案进行适当修改。

（2）采用隔震支座

在桥墩、桥台和梁体的连接处增加结构的柔性和阻尼，采用铅芯橡胶支座、层叠橡胶支座、聚四氟依稀支座等减震或隔震支座，以减小桥梁对地震的反应，达到提高桥梁抗震的目的。大量的试验和理论研究都表明，在桥梁结构中采用减震、隔震支座对桥梁结构的地震反应有较大影响，梁体和桥台、桥墩相连处安装减震、隔震支座以及采用隔震支座和阻尼结合的系统，能够有效减小桥台、桥墩受到水平地震力的影响。

（3）利用桥墩延性进行减震

在当前桥梁抗震设计中，利用桥墩的延性进行减震是最常用的方法。利用桥梁桥墩的延性进行减震，将桥墩部分部件设计足够的延性，以便桥梁在地震作用下，具有延性的部位形成稳定的延性、塑性铰产生弹塑性变形从而延长结构的周期，达到耗散地震能量的作用。利用桥墩延性进行减震，需要对弹性反应谱进行计算，适当修正塑性反应的地震荷载。

（4）扰度和位移

在传统的桥梁抗震设计中，一般都采用强度设计方法，即便对位移和延性有所考虑，主要也是通过强度指标来间接实现的。随着时代的发展和科技的进步，工程设计人员越来越认识到位移和扰度在桥梁结构抗震设计中的重要作用，在许多桥梁抗震设计时，都直接將位移作为设计参数，进而形成多参数抗震设计方法。随着各种非弹性反应谱的深入研究和应用范围扩大，桥梁结构抗震设计的准则和指南中都开始逐渐引入位移设计的方法。

3.桥梁抗震设计注意事项

一般来说，桥梁抗震设计都是按照相应规范中的简化方法来进行。目前，我国桥梁抗震设计规范中都采用反应谱原理，通过对桥梁地震荷载及抗震设计烈度，对桥梁在地震发生时可能产生的位移及受到的内力进行计算，达到预防地震的目的。对重要的桥梁结构，需要对桥梁进行必要的地震反应分析，分析方法要结合相关力学原理及地震时地面的振动速度，分析地震动力，结合桥梁抗震要求，设置科学合理的桥梁结构加固方案。在地震发生较为强烈的区域，出于安全考虑，要增强桥梁的主要承重结构，确保桥梁的可靠性。此外，可以采用动力时程分析法和反应谱法进行抗震设计，遇到高墩、大跨桥梁结构时，考虑采用行波效应进行抗震设计，确保桥梁抗震性能的提高。

四.结束语

加强桥梁设计中的抗震技术应用，是确保桥梁稳定性的重要措施，同时也是桥梁质量的重要保障。进行桥梁设计时，要结合桥梁结构及桥梁抗震设计要求，借鉴先进抗震技术经验，逐步提高桥梁抗震水平，确保桥梁结构安全、稳定。

参考文献：

[1]彭光华，查松山.桥梁设计抗震技术的探索[J].中国水运（下半月），2011，11（12）：172-173.

[2]钟铁毅，杨风利，夏禾等.基于能量法的铅芯橡胶支座隔震桥梁设计方法[J].中国铁道科学，2009，30（2）：43-48

[3]罗波，李峰.新抗震规范在高速公路典型桥梁设计中的应用[J].北方交通，2012，（6）：130-133.