地震如何对连续梁桥结构的产生危害及防治措施

代乾冰克

(重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074)

地震如何对连续梁桥结构的产生危害及防治措施

代乾冰克

(重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074)

从桥梁受力机理、震源深度、地震破坏机理三方面分析地震对连续梁桥的危害。已该分析为基础提出灾害防治的思考方向，提出防治措施。

地震；连续梁桥；灾害；防治

一、前言

地震是一种常见的自然灾害。我国位于环太平洋地震带和亚欧地震带之间。在我国主要分布20个地震带。因此，对地震产生危害的认识及对其防治的探究显得尤为重要。地震波分为纵波(P波)和横波(S波)，是地震传递及释放能量的主要方式。其中破坏主要由横波(S波)产生。

对于桥梁，地震产生的破坏是其它自然灾害难以望其项背的，会造成大量的人员伤亡及经济损失。因此，需要分析地震对桥梁结构的破坏机理，找到其主要破坏因素，对该因素寻找较好的防治措施，以求地震产生的危害达到最小值。本文意从桥梁的受力机理、震源深度、地震破坏机理等几个因素去探究地震对桥梁结构的危害，并从中找到主要因素提出防治措施。

二、影响因素

(一)桥梁受力分析

连续梁桥主要为连续简支结构。在结构上，连续梁桥是由多组一根两端分别受力在一个活动铰支座和一个固定铰支座上的梁作为主要承重构件的梁桥，属于静定结构。因为两段支座的限制，在一般情况下，桥梁刚性较大，不会发生位移。并且在内力作用下，一端可以自由变形，可以不考虑次内力的影响。综上所述，该桥型不仅结构简单、施工方便，而且可以不用考虑外界因素如地基变形、温度改变等对结构内力的影响。[1]-[5]

但也正因这种结构而让连续梁桥存在着致命缺陷。其固定铰支座在起到约束桥梁纵向变形作用的同时，其活动支座端则会沿着梁的走向而自由滑动。[8]也就是说，超过一定滑动范围，梁体就会从支座上掉下来。因此，简支梁桥抗震力较弱，在超出设计范围的外力作用下，此种桥完全会有落梁的危险。就如义昌大桥事故中，桥梁搭在超高墩台上，在受到超外力作用下，桥梁纵向变形过大，而从活动支座端脱落。综上所述，这种连续梁跨结构在受到横向波动荷载的作用下安全系数不高，桥跨结构的抗震效果不好。

(二)震源深度

我们可以将地震抽象为在介质中传播的强烈波动作用。因为介质的不同，地震波具有不同的传播速度。传播速度的分布能够决定地震的传播路径。由费马原理可知：波传播始终遵循最小时间路径的原则。因此，空间最短距离等价时间最短距离只会出现在地震波传播于均匀介质中时。在不均匀介质中传播速度的分布使得最短空间距离并不是最短时间路径。

地震波不仅可以在地下传播，而且也可以在空气中传播。由于空气只能受压缩而不能受剪切，因此在空气中只有横波可以传播而纵波不能传播。

综上所述，震源深度对地震产生破坏的初始能量具有决定性的作用。地震爆发源到地表建筑物间的空间距离、传播介质、地质情况等因素的改变可以影响地震的破坏力。以上因素能够为保护桥梁结构，减少地震的破坏提供建设性的思考方向。引导我们向超前检测地基层及地基层下地质结构，改变调节地基层下地质结构方面进行努力。

(三)地震对桥梁的破坏机理

地震对连续梁桥梁产生的破坏不仅与该类桥梁的结构体系有密切的联系，而且跟桥梁的选址也是息息相关的。地震爆发时，通过横波与纵波释放能量对桥体结构产生破坏。可以抽象的认为，地震波给予桥梁一个水平方向的加速度和纵向的加速度。根据连续梁桥的结构特性，我们可以判断纵向的加速度对于桥体的破坏可以不予考虑。破坏主要来自于水平方向的加速度。因此，主要考虑地震对于桥体结构的剪切破坏。

因为支座限制，连续梁桥的刚度大。地震爆发时，连续梁桥与大地一起作剧烈地水平运动。因为结构体系原因，导致其刚度较另外桥梁结构体系刚度大，所以水平运动导致其受到的破坏程度较之另外体系桥梁更大。但连续梁桥并非完全刚性结构，所以其振动过程中任然伴随相对于地基的附加振动。该种振动在工程地质条件较差的地基处尤为严重。因此地基的选择对于连续梁桥的抗震能力显得尤为重要。另外如果能够适当的改变连续梁桥的刚度，对于其抗震性能的提升也有所帮助。

在地震破坏中，桥梁的上部结构因没有与大地直接接触，所以不会受到地震的影响。地震的破坏机理如下：地震通过地震波将能量传递给桥台和基础，进而通过桥墩传递给上部结构，从而引起全桥的振动并将其破坏。因此对于地震的破坏，桥台和地基首当其冲，这也是地震过后大部分桥梁不能通过修复继续使用的原因。

三、防治措施

(一)地基选择

地震破坏首先破坏地基和桥台。当地基和桥台受到严重破坏后，连续梁桥无修复价值，所以地基的选择尤其重要。在确定地基之前，可检测地基层下的地质结构，判断地震波传递的介质数量。利用地震波在不同介质面的折射和反射及传播速度改变去消弱其能量。通过汶川地震的实例我们可以发现地震对连续梁桥地质灾害最严重的是硬质岩石。

(二)优化桥梁结构

连续梁桥的结构体系决定其刚性较大的性能，这一性能导致其抗震能力弱。因此优化梁桥的桥梁结构是增大其抗震性能的一个可行性方案。可以在桥梁结构中添加柔性连接，减弱其刚性，减少桥梁受地震波横波的作用强度，增加桥梁的抗震强度。可以在桥梁主体外布置强度较低的附属结构，使地震优先破坏强度较低的附属结构，保障主体结构的安全，以此增加连续梁桥的抗震强度。

对于大跨度的桥梁，采取了连续简支梁结构，那么就要对其桥面进行科学、有效地巩固举措，保证桥梁在连续性上的特征。同时，在宽上保证桥梁达标。另外，为了避免墩台发生位置的变化，可以适当增加隔档来实现。在对大跨度桥梁进行桥墩设计的时候，要充分利用箍筋，目的是保证墩柱具有合理的约束力，增加配箍率会显著增大墩柱延性。

四、结语

通过对地震对连续梁桥的危害的探究和对预防措施的思考。熟悉了地震的产生机理，剖析了地震对桥梁的破坏方式。从桥梁的受力、震源深度、地震破坏机理三方向做出思考，解答了地震如何破坏连续梁桥。为连续梁桥在地震方面的预防提供了思考方向和一些方法。

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[3]杨亮，肖杰，王文欣，等.大跨度连续梁桥的减隔震和延性抗震分析[J].公路交通科技，2011，28(8)：73—78.

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[5]范立础，胡世德，叶爱君.大跨度桥梁抗震设计[M].北京：人民交通出版社，2001

[6]M.J.N.普瑞斯特雷.桥梁抗震设计与加固[M].北京：人民交通出版社，1997

[7]李国豪.桥梁结构稳定与振动[M].北京：中国铁道出版社，1996

[8]范立础.桥梁抗震[M].上海：同济大学出版社，1996

[9]马宝林.高墩大跨度连续刚构桥[M].北京：人民交通出版社，2001