桥梁抗震设计原则及方法论述

左敏

【摘要】随着我国交通业的发展，桥梁工程的重要性日益突出，加上近年来地震灾害频发，给国家和人民造成巨大的经济损失，因此要不断提高桥梁的抗震能力。本文首先分析了地震对桥梁的破坏，进而就桥梁抗震设计原则及具体方法进行了论述。

【关键词】桥梁；抗震设计；原则；类型

（一）地震对桥梁的破坏

桥梁是交通生命线工程中的重要组成部分，一旦桥梁在地震的时候发生坍塌，就会中断交通，影响人员疏离和物资运输，将非常不利于地震的救援工作。地震对桥梁的破坏主要有以下几种常见的形式：

1.支座损伤

地震会造成支座的荷载强度过大，超过其承载，从而出现损伤、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。

2.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：第一，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；第二，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；第三，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；最后桥梁便会因地震而发生脆性的剪切破坏。

3.弯曲破坏

在地震的荷载的作用下，桥梁结构发生变形，变形过大导致桥梁混凝土脱落、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。弯曲破坏主要有四个阶段：地震造成的水平弯矩超过桥梁自身的开裂强度，便会产生裂缝；然后随着地震荷载强度的增加，裂缝慢慢增大；随后桥梁的变形变得越来越厉害，从而导致桥梁塑性铰范围增大以及混凝土保护层的脱落；最后桥梁出现弯曲破坏。

（二）桥梁抗震设计的原则

合理的抗震设计，要求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，使结构能够经济的实现抗震设防的目标。抗震设计应遵循以下原则：

1.桥梁抗震结构设计体系的争整体性和规范性

桥梁的上部结构需是连续的，整体性能好，可以有效防止地震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.选择合适的施工场地

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性能

地震之所以会对桥梁造成破坏是因为：地震引起桥梁结构振动，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.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。能力设计思想强调强度安全度差异，即在不同构件（延性构件和能力保护构件-不适宜发生非弹性变形的构件统称为能力保护构件）和不同破坏模式（延性破坏和脆性破坏模式）之间确立不同的强度安全度。通过强度安全度差异，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。在我国以前的建筑抗震设计中，普遍采用“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”的设计思想。

（三）桥梁抗震设计具体分析

1.抗震概念设计

对结构抗震设计来说，“概念设计”比“计算设计”更为重要。地震具有不确定性和复杂性等特点，并且结构计算模型的假定与实际情况不同，使“计算设计”很难控制结构的抗震性能，所以不能完全依赖于计算。结构抗震性能的决定因素是良好的“概念设计”。因此，在桥梁的方案设计阶段，不能仅仅根据功能要求和静力分析就决定方案的取舍，还应考虑桥梁的抗震性能，尽可能选择良好的抗震结构体系。在抗震概念设计时，为了保证桥梁结构的经济性和抗震安全性，要特别重视上、下部结构连接部位的设计，桥墩形式的选取，过渡孔处连接部位的设计以及塑性铰预期部位的选择。通常允许桥梁结构在强震下进入塑性工作状态， 在预期的部位形成塑性铰以耗散能量，但不允许出现脆性破坏，如剪切破坏。为了保证所选择的结构体系在桥址处的场地条件下确实是良好的抗震体系， 必须进行简单的分析，然后结合结构设计分析结构的抗震薄弱部位， 并进一步分析是否能通过配筋或构造设计保证这些部位的抗震安全性。最后，根据分析结果综合评判结构体系抗震性能的优劣，决定是否要修改设计方案。

2.桥梁延性抗震设计

目前延性抗震验算所采用的破坏准则主要有：强度破坏准则、变形破坏准则、能量破坏准则、基于低周疲劳特征的破坏准则以及用最大变形和滞回耗能来表达的双重指标破坏准则等。Housner在对悬臂式单质点系统的非线性地震反应进行分析后，将其破坏机理总结为：在形成完全的塑性反应之前，出现某种程度的塑性应变，由此而消耗的能量自然的构成结构等效粘滞阻尼的一部分；当完全进入塑性变形后，产生塑性漂移，并在单方向发展直到倒塌发生。他认为塑性反应阶段，保证结构不破坏的条件是让其保有足够的耗能能力。

3.桥梁减、隔震设计

减、隔震技术是简便、经济、先进的工程抗震手段。减、隔震装置是通过增大结构主要振型的周期使其落在地震能量较少的范圍内或增大结构的能量耗散能力来达到减小结构地震反应的目的。在进行抗震设计时，要根据结构特点和场地地震波的频率特性，通过选用合适的减隔震装置、相应参数以及设置方案，合理分配结构的受力和变形。一方面，应将重点放在提高吸收能量能力从而增大阻尼和分散地震力上，不可过分追求加长周期。另一方面，应选用作用机构简单的减、隔震体系，并在其力学性能明确的范围内使用。减、隔震设计的效果，需要进行非线性地震反应分析来验证。

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。

（四）结束语

综上所述，现阶段，我国经济发展迅速，交通运输业也随之不断发展，促进公路桥梁工程的快速发展。近年来地震灾害频发对桥梁造成破坏，因此相关设计人员要采取措施提高桥梁的抗震能力，从而确保人们的生命财产安全，促进我国桥梁事业的蓬勃发展。

参考文献：

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[4]李伟、崔雷、王玉海、韩继国.桥梁抗震设计及对策分析[J].吉林交通科技，2010.（02） .