浅析公路桥梁结构抗震设计的要点

安慧+闫菡

摘 要：本文主要围绕地震对公路桥梁结构产生的危害，重点分析了公路桥梁结构抗震设计原则分析、设计方法分析以及公路桥梁的抗震设计，以期能为相关需要提供借鉴和参考。

关键词：公路桥梁结构；设计原则；抗震设计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.096

近年来，随着我国社会的快速发展，人们日益增长的生活需求使公路建设规模不断扩大，公路作为交通运输业的基础保障，不仅给人们的出行带来了便利，而且使地区之间的经济交流得到促进，进一步推动我国经济的发展，意义重大。在公路建设中，抗震灾害造成的影响是必须考虑的问题，主要原因在于我国属于地震多发国家。在公路桥梁施工中，由于该结构存在一定的跨度，在地震发生过程中容易受到破坏，所以对公路桥梁结构进行科学合理的抗震设计，能够使人民的人身和财产安全得到保护。

1 地震对公路桥梁结构产生的危害

地震的发生主要是由于较大的应力作用而造成地球内部介质发生急剧破裂，在破裂过程中会有地震波产生，以破裂位置为震源扩散至一定范围内，从而造成地面震动的现象。地震波一般分为两种，一种是横波，另一种是纵波，能够造成地面建筑水平晃动的被称为横波，地表建筑上下颠簸的被称为纵波。当出现较大强度的地震时，会造成建筑出现严重变形，在建筑缺乏一定强度或者局部出现失稳的情况下会对整体建筑结构造成严重的破坏。

（1）支座破坏。在桥梁结构中，上部主梁紧密连接着支座。当发生地震时，如果防震措施不到位，变形和位移现象会在支座中出现，当变形情况超出支座上限时，会剪断支座锚固螺栓，进而破坏支座结构。（2）上部结构地震破坏。一旦发生地震时，主梁等桥梁上部结构会因地震作用而出现一定程度的晃动，当碰撞到相邻的主梁时，会出现严重损害。另外如果出现较大的变形，有自身损伤或移位损伤出现，同样会造成主梁坠落。（3）下部结构破坏。所谓的下部结构的破坏，一般是指破坏桥梁结构的桥台和桥墩。桥台和基础在地震作用下一般会有滑移产生，进而造成开裂、倾斜甚至折断现象在桥台和桥墩与基础连接处出现。（4）地基土地震液化。地基砂土受到地震作用以后，可能会出现液化情况，进而降低地基承载力，导致地基沉降和滑移现象的出现，对地基造成一定的破坏。在桥梁结构中，地基是受力的基础，一旦破坏了基础，上部结构等同于缺少了支撑，进而会出现落梁现象。

2 路桥梁结构抗震设计原则分析

在我国公路桥梁施工中，国家出台的《公路桥梁抗震设计细则》早已成为公路桥梁结构抗震设计的主要标准。其中，该细则规定设计采用二阶段，即：A类桥梁采用弹性抗震设计方法，需要遵循中震不坏，大震可修原则；B类和C类桥梁采用延性抗震设计方法，切实遵循小震不坏，中震可修，大震不倒的原则。通过该细则能够看出，公路桥梁结构抗震设计的要点一般为公路桥梁选址、结构和构件的强度和延性要求和结构的整体稳定性要求三个方面。

（1）公路桥梁选址。在设计公路桥梁结构以前，首先需要认真勘察施工现场地质条件，对施工位置进行合适的选择。需要根据实际情况分别设计不一样的设防等级及抗震设防裂度。

（2）结构与构件的强度和延性。当桥梁结构受到一定破坏时，大部分原因是强度的破坏，所以结构或构件需要满足强度要求。这种情况下需要我们在设计过程中，根据相关要求计算受力情况，统计荷载数据，确保所选择的构件具有足够的强度。

（3）结构的整体稳定性。当地震破坏桥梁结构时，某些时候并非缺乏强度，主要是由于结构缺乏整体的稳定性，从而导致失稳破坏的出现。由于在结构设计过程中，要确保结构的整体稳定性良好。在布置结构时，确保在平面和立面中结构的刚度、质量和几何尺寸能够分布均匀，并且有效连接形成整体。在布置桥孔时尽量实现等跨布置。

3 公路桥梁结构抗震设计方法分析

公路桥梁结构抗震设计主要有时程分析法、反应谱法和静力法三种方法。在施工过程中，需要结合实际情况选择合适的桥梁结构设计方法。

（1）时程分析法。该方法主要是进行结构抗震分析时将有限元分析计算与计算机编程相结合。时程分析法在应用时首先需要将桥梁结构通过有限元软件离散成多自由度和多节点的有限元计算模型，随后将地震加速度时程导入其中，将结构的地震反应时程通过有限元软件进行分析计算得出。（2）反应谱法。在我国目前在公路、铁路及桥梁抗震设计中，反应谱法应用最为普遍。反应谱法首先需要认真分析桥梁结构自身的动力特性，随后将应用谱曲线对于不同的主振型记录下某一强震下的最大地震反应值，最后对不同主振型的最大地震反应值进行最不利组合，从而确定桥梁结构的最大地震反应值。在抗震设计过程中，反应谱法的应用能够确保结构具有较高的安全储备和安全的设计施工方案。（3）静力法。静力法设计一般不会对桥梁结构本身的动力特性影响进行考虑，认为桥梁结构地震破坏的唯一因素就是地震加速度。在设计过程中，只考虑构件组件的结构静力分析，将其作为绝对刚性的物体。

4 公路桥梁的抗震设计

（1）桥梁缓冲装置的设计 。在该装置设计过程中，一般将工程橡胶或氯丁橡胶材料作为缓冲橡胶材料，其允许压应力和硬度需要达到缓冲地震冲擊力的要求，随后桥梁橡胶缓冲装置的压应力通过公式计算出来。另外，可以结合桥梁橡胶支座综合设计桥梁垂直竖向缓冲。

（2）桥梁减、隔震设计。想要使桥梁抗震能力得到提高，需要对桥梁进行减震和隔震设计。该设计不但简便先进，而且具有一定经济性。减隔震支座的设计装置能够实现较少的结构能量消耗，另外使结构的振型周期得到增加，使地震时的震波频率得到降低，建设方案的选取与自我复位能力进行有效结合，使相应的建造参数得到建立，从而使结构地震的反应程度得到有效降低，使桥梁建筑损失程度得到最大程度的减少。

5 结束语

总之，现如今仍无法准确预测地震灾害，假如有地震灾害发生，不但会有大量人员伤亡发生，而且造成一定的经济损失，所以，需要在公路桥梁结构设计时将结构抗震设计切实做好。在设计桥梁结构抗震时要根据规范要求完成，防止发生地震时桥梁结构出现破坏坍塌。

参考文献：

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