道路桥梁的抗震设计

林星

【摘要】在道路工程中，桥梁是不可或缺的重要组成部分，其抗震性能的优劣直接关系到结构的稳定性。基于此点，本文首先简要分析了地震作用下道路桥梁结构的主要破坏形式，并在此基础上提出道路桥梁的抗震设计方法。期望通过本文的研究能够对提高道路桥梁的整体抗震性能有所帮助。

【关键词】地震；桥梁；抗震设计

一、地震作用下道路桥梁结构的主要破坏形式

在地震作用的影响下，大体可将桥梁结构的破坏形式分为以下几类：

（一）桥梁上部结构破坏

通过对大量在地震中遭受破坏的桥梁结构进行调查分析后发现，桥梁上部结构在地震作用下被破坏的情况非常少见，但由于支撑表面积过小、支撑连接件失效而引起的落梁现象在地震中比较常见，其中顺桥向的落梁现象居多，当梁体顺桥向坠落时，梁端会对桥梁下部结构产生出一定的撞击力，这样容易引起墩台破坏，从而丧失对上部结构的支撑力，由此会造成上部结构坍塌。

（二）桥梁下部结构破坏

在地震作用下，桥梁的下部结构多数都是由于水平地震力产生的振动效应而损坏的，破坏程度比较轻微时，会导致混凝土保护层脱落、墩身开裂、纵筋屈曲，程度严重时，则会造成墩台倾斜甚至倒塌。目前，国内绝大多数公路桥梁采用的都是钢混柱式墩，这种墩台形式在地震中的破坏均发生在柱身与基础的连接部位。

（三）桥梁支座破坏

在桥梁结构中，支座是不可或缺的重要组成部分之一，一旦支座破坏，将会直接影响到桥墩和梁体。地震发生时，强度较大的地震力会造成支座连接件损坏，严重时甚至会导致桥梁的上部与下部结构失联，进而引起落梁。通过对一些地震中的桥梁结构进行研究后发现，几乎所有的桥梁支座在地震中均会出现不同程度的损坏，可见，支座是整个桥梁结构中作为薄弱的环节之一。

（四）桥梁基础破坏

采用扩大基础的桥梁结构在地震作用下，基础一般不会出现严重的损坏，仅会出现不同程度的沉降或是滑移，而采用桩基础的桥梁结构在地震作用下，基础破坏现象较多，并且不容易发现。

由于地震本身具有一定的随机性，公路桥梁可能遭遇到不同等级的地震，所以在对桥梁结构进行抗震设计时，必须综合考虑，只有这样，才能确保桥梁结构的稳定性。

二、道路桥梁的抗震设计方法

（一）道路桥梁的主要设计方法

1.在公路桥梁抗震设计中，桥梁位置的选择十分重要，实际工程中应当按照具体需要，了解并掌握工程所在地的地震活动详情、地震地质资料，并以此为依据进行综合分析，避开地震灾害发生时，容易引起地基失效的松软场地，尽可能将桥址选择在土质坚硬的场地上。工程实践表明，基岩、坚硬的碎石地基是最为理想的桥址场地，若是在饱和松散细砂、软弱粘土等不稳定的地质上建设桥梁，则必须做好地基处理工作。此外，在地基稳定的前提下，还应当充分考虑桥梁结构本身与地基的振动特性，避免共振效应的影响。

2.在公路桥梁抗震设计中，要确保桥梁结构具有良好的整体性，上部结构要尽量连续。结构的整体性好，能够有效防止各类构件在地震作用时被振散掉落，并且这也是桥梁结构发挥空间作用的前提条件。为了满足整體性的要求，在桥梁结构抗震设计中，无论是在平面还是里面上，结构的布置都要做到几何尺寸及刚度均匀、规整。

3.相关研究结果显示，桥梁的地震破坏源于地震动能引起的结构振动，基于这一前提，在对桥梁结构进行抗震时，必须要使从地基传入结构的振动能尽可能的小，同时还要确保结构本身具有足够的刚度、强度及延性，以此来防止不能容忍的破坏。在不增加桥梁结构自重和不改变结构刚度的情况下，提高桥梁结构的整体强度和延性是最为简单且有效的抗震途径。在桥梁结构设计中，刚度的选择可以对结构变形进行控制，而强度与延性则与结构的抗震性能密切相关。鉴于地震动本身属于一种周期反复作用的运动，所以在结构设计时，必须充分考虑构件强度和刚度的退化效应。

4.在桥梁结构抗震设计中，可以采用多道抗震设防，即在一个抗震结构体系当中，某一部分延性较好的构件在地震作用下会先达到屈服，并充分发挥出其吸收和消耗地震能的作用，此时该部分便可作为抗震的首道防线，而其它的结构构件则会在该道防线完全屈服后才依次屈服，进而形成第二、第三或更多道防线，这样能够极大程度地提高桥梁结构的整体抗震性。

5.对位于地震区域内的桥梁结构，在进行抗震设计时，桥墩要尽可能选用等截面的形式，这是因为此种类型的墩台纵波应力相对较小，有利于减少波应力；在桥墩较粗且能够承受较大的拉力时，为避免桥面在地震作用下出现上抛的情况，可以采用高强度螺栓将桥梁与墩台可靠连接在一起；应对桥台的胸墙进行强化处理，并在梁间设置弹性较好的衬垫，以此来缓和冲击作用，限制梁的纵向位移，或是采用防震锚栓。

6.桥梁的结点区域一旦受到地震力作用而损坏，修复起来非常困难，所以在桥梁结构抗震设计中，不仅要确保墩、梁具备足够的承载力，而且还要保证桥梁结点具有足够的承载力，防止结点过早破坏的情况发生。

7.在墩台的顶帽上，应当设置防落梁措施，如加设纵向或是横向挡块，以此来限制支座位移和滑动。

（二）道路桥梁结构抗震设计中的注意事项

1.因为地震灾害本身具有不确定性和随机性，所以很容易造成桥梁结构抗震计算失真。在对桥梁结构进行抗震计算的过程中，一般采用的都是近似仿真的计算方法，所得的计算结果与实际震害存在一定的差异，如果完全按照抗震计算结果对桥梁结构进行抗震设计，则会导致桥梁的抗震性能不足。为了避免此类问题的发生，应当以抗震计算结果为主要参考依据，并以结构体系的选择则和抗震构造设计为重点，这样能够进一步提高结构的抗震性能。

2.应当尽可能选用连续的桥跨代替简支梁跨，以此来减少伸缩缝的数量，这样不但能够有效降低落梁的可能性，而且还能进一步提升桥面行车的舒适性。需要特别注意的是，在地震区域内的桥梁结构，桥跨不宜过长，如果跨度过大，那么墩柱需要承受的轴向力也会随之增大，这样一来会使墩柱本身的延性降低，一旦发生地震，极有可能造成墩柱破坏。

3.采用橡胶支座且无固定支座的桥跨，必须设置防位移角钢，以此来作为支座的抗震措施。同时，震区内拱桥墩台的基础必须设置在岩性较好的场地上。

4.在设计墩柱时，为更好地提供约束，可以考虑采用螺纹型箍筋。同时，墩身与基础的纵向筋伸入盖梁和承台必须有一定的锚固长度，以此来增强连接点的延性。

5.对于高度较高的排架式桥墩，墩与墩之间应当设置横系梁，这样能够有效降低地震作用下墩柱的横向位移幅度。此外，要对桥梁结构的减隔震设计予以足够的重视，并在抗震设计中，积极采用各种新技术、新材料，借此来提高桥梁结构的抗震性能，这是非常重要的一点。

结论：

总而言之，道路桥梁结构的抗震设计是较为复杂且系统的工作，由于地震本身所具有的不确定性，从而进一步增大了抗震设计难度。为此，在桥梁抗震设计中，必须选择采取科学合理、切实可行的方法，并对一些容易出现问题的事项加以注意，只有这样，才能使设计出来的桥梁结构符合抗震要求。

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