大跨度桥梁抗震设计要点探讨

刘 凡

（江苏纬信工程咨询有限公司，江苏 南京 210014）

大跨度桥梁抗震设计要点探讨

刘 凡

（江苏纬信工程咨询有限公司，江苏 南京 210014）

伴随我国城市化进程的加快，全国各地的交通体系越来越完善，尤其是公路、桥梁的建设方面，大跨度桥梁的数量也逐渐增多，为了确保大跨度桥梁工程的安全性和可靠性，必须做好抗震设计工作。文章结合多年工作经验与实践，对大跨度桥梁抗震设计要点问题进行了分析。

大跨度桥梁；抗震设计；设计要点；交通体系；地震灾害

近几年，我国地震灾害的发生越发频繁，地震灾害对整个社会经济的发展以及人民的生命财产安全都造成了严重危害，为了满足当今时代社会的发展对交通运输的需求，大跨度桥梁工程已成为一种发展趋势，与普通桥梁相比，大跨度桥梁的抗震设计要求更高，因此必须高度重视这项工作。

1 大跨度桥梁的抗震设计现状

相对于普通的桥梁来说，大跨度桥梁地震反应谱比较复杂，抗震设计的要求相对比较高，整个设计过程具有一定的技术难度，不仅需要考虑到高阶阵型的影响，同时还要综合考虑到行波效应、多点激振等因素。由于大跨度桥梁在反应上存在多变性，在抗震设计时也提出了多样性的要求。现阶段，我国出台的诸多桥梁设计规范文件中，大部分内容都是针对普通中等跨度桥梁抗震设计上的要求，有关大跨度桥梁抗震设计的规定比较少，与国外发达国家相比，我国在大跨度桥梁抗震设计上还处于初级阶段，诸多问题还有待解决。近几年，我国出台的《公路工程抗震设计规范》中规定，所有地震烈度达到7度以上的地区，都必须进行抗震设防设计，要求桥梁工程抗震设计中应遵循“小震不坏、中震可修、大震不倒”的基本原则。

2 大跨度桥梁抗震设计要点分析

大跨度桥梁的抗震设计通常分为两个阶段：第一阶段是方案的设计阶段，主要工作是进行抗震概念的设计，以实现抗震结构体系的科学合理；第二阶段是技术设计或初步设计阶段，主要工作是进行延性抗震设计，应参照相关的公式、原理对抗震性能进行验算，一般情况下还需要进行桥梁减隔震设计。

2.1 桥梁减隔震设计

传统的桥梁结构设计中，一般比较常见的策略是“抗震”，抗震设计方法可以在一定程度上提高结构的安全性，避免桥梁结构坍塌现象的发生，但是从本质上看这种抗震设计是不能完全规避地震危害的目的。事实已证明，桥梁一些结构构件出现损伤是难以避免的，相比之下，结构控制技术在抗震上的效果要好得多，利用该技术只需将耗能支撑等装置安装在工程结构某个部位或通过施加外力的手段，使桥梁结构的动力特征给予改变，以确保其结构自身的安全性与可靠性。应用结构控制技术不但可以大大提升结构的抗震性能，还能节约工程投资造价的成本。在某些特殊情况下，只有运用结构控制技术，才能从根本上解决抗震问题。一般来说，结构控制技术主要可分为被动控制、主动控制和混合控制三种类型。

减震和隔震是现阶段大跨度桥梁抗震设计中应用比较广泛的两种方法，减震主要是通过一些特殊的减震装置或构件来发挥抗震的作用，在遇到强烈地震的时候，将这些装置提前放入到塑性区，使之产生较大的阻尼，可以大幅度消耗结构体系中的能量，最终达到减震的目的。隔震主要是利用隔震体系来阻隔地震能量，使之不能进入到桥梁的主体结构，常见的减隔震装置主要包括下面两类：（1）分离型减隔震装置，这类装置包括橡胶支座＋粘性材、橡胶支座＋金属阻尼器；（2）整体型减隔震装置，这类装置包括摩擦摆隔震制作、高阻尼橡胶支座和铅芯橡胶支座。从减震方式上来看，减隔震技术和延性抗震二者具有极大的相似性，它们都是通过延长周期来达到避免地震能量集中的目的，但是二者的区别主要在于减隔震技术考虑的是怎样降低传输到桥梁结构上的地震能量，而延性抗震则是考虑的怎样提高桥梁结构自身抵御地震的能力。

2.2 延性抗震设计

延性抗震将结构本身的延性耗能能力作为设计的重点，在实际设计的过程中强调增强结构本身及其构件的延性，针对构件和结构中允许出现的塑性部分进行独立的延性设计，尽管在延性设计中允许出现一定程度的塑性变形、破损等，但必须确保桥梁的整体稳定性不会受到影响，不会出现坍塌、沉降等后果。另外，设计人员还必须确保结构和构件的滞后特性，这一特性能在一定程度上抵御因地震而带来的弹塑性变形。根据延性抗震设计的思路，利用变形破坏准则，设定一个破坏界限值，这一数值即为允许的最大变形值，要求结构发生最大位移必须在这一界限值之内。

2.3 抗震结构设计

地震灾害本身具有一定的复杂性和不确定性，再加上每座桥梁实际情况和结构模型构建之间存在一定的差异，这就导致计算设计很难达到应有的抗震效果。因此，在实际设计时不能完全把抗震计算的数值作为参考，而决定桥梁结构抗震性能最主要因素是“概念设计”，所以桥梁设计方案的选择不能单纯地参照静力分析和功能要求就判断方案取舍，必须考虑到桥梁整体结构的抗震功能，尽量在满足其他要求的前提下，选择最为优良的抗震结构体系。抗震概念设计在多方面都具有较高的要求，尤其是在结构上下部的连接处，应将重点放在塑性铰预期部位的选择、过渡孔连接处的设计以及桥墩形式的选取上。在结构设计方面，必须站在整体的角度考虑，关注整个桥梁结构在遇到地震时的反应，并对地震破坏原理进行深入地研究和分析，了解结构破坏的整个过程及其特点。在抗震设计基本原则的选择上应灵活多变，既要确保整体结构的抗震能力，也要保证细节部位的抗震性能。除了坚持基本的原则外，还应做到以下三个方面：（1）对能力保护构件和延性的确认；（2）把握好延性与结构强度之间的关系，使二者趋于平衡；（3）确保抵抗水平地震墩台的位置和数量符合标准要求。为确保桥梁结构体系在现场施工条件下具备较强的抗震性能，应适当进行全面的分析，包括地震反应评估分析、动力特征分析等，结合工程设计的实际情况以及抗震薄弱部位，考虑是否需要采取构造或配筋设计手段来提高一些特殊部位抵御地震的能力，最后还应当按照分析得出的结果，对整个结构体系的抗震性能高低进行评价，并确定是否需要适当调整设计方案。

3 大跨度桥梁抗震设计的优化策略

大跨度桥梁的抗震设计工作，由于其实践历史不长，缺乏充足的经验，很容易出现各种各样的问题，为了确保大跨度桥梁抗震设计的科学性，就必须采取一定的优化措施，具体来说，应从以下七个方面着手：（1）如果桥梁所在地为强震区，则最好采用延性抗震和减隔震相结合的设计方法进行抗震设计，这样可以达到更好的抗震效果，同时也是经济节约、安全环保之选；（2）采用减隔震设计方法，要注意对工艺、材料的选择，尽量采用各种新型工艺和材料，以免出现抗震设计效果达不到预期标准的情况。在必要的时候，可借助非线性地震反应来开展研究、分析和验证工作，一旦出现抗震性能验证不达标的情况，应立刻采取相应的措施进行修改、纠正，然后需要对调整后的抗震能力进行重新验算，直到符合预期标准为止；（3）桥墩部位的设计，应充分发挥出箍筋的作用，因箍筋能使桥梁的墩柱具有更佳的约束力，适当提高配箍率还可促进墩柱延性的增强。当发生地震的时候，配箍率越高，桥梁墩柱的底面截面塑性转角就越大，进而提高结构的安全性和可靠性；（4）在结构设计的过程中，设计者必须确保跨度标准的一致性，使下部墩身在强度和刚度上都趋于一致；（5）若在大跨度桥梁抗震设计中已经采用了简支梁，则必须对桥面进行适当加固，确保桥梁的宽度和连续性符合标准，此外，为了降低墩台位移情况出现的几率，可以考虑采用增加隔档的方式达到最佳效果；（6）设计者必须重视桥梁模式的选择，尽量采用连续桥梁模式，降低简支梁使用的数量，进而有效避免伸缩缝的出现以及落梁现象的发生；（7）在桥梁墩柱的延性设计时，应利用墩柱的延性变形耗能，适当减小墩底的弯矩，使其塑性转角保持在极限塑性转角以下，这样能有效提升结构的安全性和经济性。

4 结语

综上所述，大跨度桥梁抗震设计是一项专业性、技术性的工作，该项工作的质量将直接决定桥梁使用的安全性及其使用年限，因此设计人员必须高度重视大跨度桥梁的抗震设计工作，全面掌握设计要点，包括减隔震设计、延性设计、结构设计等，并根据桥梁工程现场的实际情况，综合考虑各方面的影响因素，这样才能最大限度地提高大跨度桥梁抗震设计的科学性和可行性，确保桥梁的使用寿命。

[1]叶爱君，胡世德，范立础，等．大跨度桥梁抗震设计实用方法[J]．土木工程学报，2001，（1）.

[2]范晓明．大跨度桥梁抗震设计实用方法[J]．城市建设理论研究（电子版），2016，（8）.

[3]尹新元，李晓峰．大跨度桥梁抗震设计实用方法[J]．城市建设理论研究（电子版），2016，（15）.

（责任编辑：王 波）

U441

1009-2374（2017）12-0189-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.097

刘凡（1989-），男，甘肃人，江苏纬信工程咨询有限公司助理工程师，研究方向：公路、市政道路桥梁工程。

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