浅谈桥梁抗震设计

杨凯翔

【摘 要】地震对公路、桥梁的破坏主要是由于地表破坏和桥梁受震破坏引起的，桥梁由于受到地震而产生水平和竖直振动，造成桥梁构件的破坏，甚至使桥梁倒塌。因此，在设计阶段就要重视公路桥梁的抗震设计，以保证桥梁建成后的安全运行，本文主要对桥梁抗震震害分析和桥梁抗震加固等内容进行阐述，供大家参考与交流。

【关键词】公路桥梁；震害分析；抗震措施

0 概述

桥梁工程是公路工程的关键枢纽，在保障公路畅通中起着决定性的作用。我国国土辽阔，处于多个地震板块，这些年地震频发，我国公路桥梁在地震中遭到了不同程度的破坏，给国家和人民带来巨大的安全隐患和经济损失，因此桥梁工程的重要性越加突出，如何对公路桥梁进行有效的抗震设计、提高桥梁的抗震能力显得尤为重要。根据近年来地震后公路桥梁破损情况，本文主要对桥梁震害及抗震措施方面进行了简单分析与探究。

1 桥梁震害分析

1.1 地基产生相对位移引起桥梁结构的变形

当地震发生时，震源产生的地震波通过地壳逐渐传递到深层基岩，再传递到地基表层，桥梁下部结构周围的地基受到地震震动逐渐松动，在浅层的饱和或疏松砂土处，地震作用易引起砂土液化，造成土层或岩层地基发生压密下沉，引起基础底面各部位下沉量不均等的地基沉陷，使地面发生较大的变形，桥梁基础也随之发生位置偏移、断裂等现象，造成桥梁整体错位，墩台结构出现倾倒、断裂等震害，下部结构的破坏往往引起一系列的连锁反应，从而破坏主体结构如落梁、整个结构的坍塌等，给震后修复工作造成了巨大的困难。

1.2 桥梁在地震力作用下引起的结构破坏

桥梁最严重的震害现象主要是梁体的坠落，落梁的发生主要是因为桥台、桥墩倾斜、倒塌，支座破坏，梁体之间相互碰撞，相邻桥墩之间发生过大的相对位移所引起的。在地震力作用下，桥梁上部结构的横桥向惯性力大部分通过挡块传递到桥墩及其基础。所有， 挡块的阻挡能力来控制传递到桥墩或桥台的横向地震力，也就是说横桥向桥墩或桥台的破坏是由挡块的阻挡能力控制。桥墩和桥台如果不能抵抗自身的惯性力和由挡块传递来的上部结构的地震力，就会开裂甚至折断，其支承的上部结构也将遭受严重的破坏。钢筋混凝土柱式桥墩大量遭受严重损坏，是近期桥梁震害的一个特点。其原因主要是横向约束箍筋数量不足和间距过大，因而不足以约束混凝土和防止纵向受压钢筋屈曲。目前的解决办法是通过能力设计和延性设计，使桥梁的屈服只发生在预期的塑性铰部位，其余结构保持弹性；有些桥梁在支座的设计中，并没有充分考虑到抗震的需求，所以在支座形式和材料的选择上存在着缺陷，在连接与支挡等构造措施上存在不足，从而造成如支座锚固螺栓拔出、剪断、活动支座脱落及支座本身构造上的破坏等，并由此导致结构力的传递形式的变化，进而对结构的其他部位产生不利的影响。纵坡大的桥梁没有纵向限位设计，从而在地震发生时容易造成支座滑脱、防震挡块受到破坏，出现落梁。

发生地震后桥梁破坏的形式往往是相互影响，紧密联系的，基于对于上述震害问题的研究，广大的设计人员作为建設工程的重要参与者更应高度重视。

2 桥梁抗震措施探究

通过分析桥梁震害后可以看出，地震产生的地震力对桥梁的破坏不仅与桥梁的结构本身密切相关，还与桥位处的场地、地基及地形地貌紧密联系。在桥梁的设计阶段，除了对桥梁进行详尽的抗震设计计算外，桥位选择、桥型选择、结构体系布设、结构构造设计等方面也对桥梁抗震起着至关重要的作用。

2.1 桥位场地的选择

一定要将桥址选择和调查工作做到位，除了解区域性的地震烈度外，还应结合局部地区地形、地貌、地质条件、工程规模及桥梁震害的经验，以便为采取抗震措施提供依据。基于桥址处场地的地质和地形条件，首先考虑地质稳定的河床，应尽可能避开地质情况变化较大、岩土松散、可液化土层、软弱粘土层、溶洞暗河、等不良地质，以及地震后有可能发生的山体的滑坡、崩塌和泥石流等次生灾害的地段。

2.2 桥梁孔径的布置

桥孔宜选用对抗震有利的等跨布置，桥轴线尽可能设计成直线，避免高桥墩和大跨径的组合；适当增加桥长，使桥台位于稳定的基础上，尽可能使桥梁位置正交于河流，从而避免由于桥梁与河流斜交所造成的桥墩处河流冲刷加剧，对桥梁下部产生不利因素。

2.3 桥梁结构抗震措施

如果地基地质条件允许，尽可能采用整体性强的重力式桥台，对于柱式桥台和肋板式桥台，为保证基础密实度，应先填土压实再成孔。利用桥墩的延性减震是目前比较常用的桥梁抗震设计，墩柱的箍筋间距对延性影响很大，间距越小其延性越大，在桥墩塑性铰区域及紧接承台下桩基的一定范围内，可以采取箍筋加密的方法来增加延性，从而起到抗震作用。结构体系的合理与否，直接关系到结构各部位的地震作用大小，理想的桥梁结构应是越简单和越规则越好，传力途径要短，受力要简明。桥梁的结点区域一旦受损将会难以修复，桥墩与基础的结点、桥墩与盖梁的结点都是影响整个桥梁正常工作的重要结构，所以在桥梁抗震设计中，不但要保证梁体、桥墩具有足够的延性和承载力外，还应保证桥梁结点部位具有足够的承载力，避免结点应地震作用过早受到破坏，从而使桥梁主体结构受到重创。

2.4 常见的公路桥梁抗震措施

常见的公路桥梁主要有梁式桥、拱桥、及刚架桥三种类型。对于梁式桥而言，宜并采用桥面应连续，尽可能少用伸缩缝，降低落梁的可能性；桥跨应尽量布置成小跨径、桥台和桥墩应与桥轴线垂直。设计及施工中需要注意地震中梁体纵横向位移，设置横向挡块距离及纵向柔性挡块限位器，必须满足地震时梁体位移的要求。橡胶支座、减隔震支座以及塑性铰等消能装置的推广对于梁式桥在今后地震中能简单修复即可使用起到很好的效果。

对于拱桥，应采取以下两种方式来提高抗震性能。一是，通过拱桥自身结构的抗震能力和延性抗震能力来抵御地震发生时所产生的地震波作用，并吸收部分地震能量。二是，采用结构振动控制技术，通过改变结构系统的动力学特性或阻尼耗散性能来提高和改善拱桥结构的抗震能力。

对于刚架桥梁，主要采取以下措施来提高自身抗震性能。提高桥梁自身结构延性抗震设计，主要有上部结构和基础的弹性，墩柱自身的延性设计，墩柱基础以下结构的弹性设计。

3 结语

近百年来国内外许多地震给桥梁带来了巨大的灾害，同时也推动了桥梁抗震的各项研究工作。通过分析大量地震过后桥梁的损坏形式，促使人们在抗震设计方法上做了进一步的改善，从单一的强度抗震设防原则转入对结构减、隔震的研究，以及随后主动、半主动控制研究，在抗震技术上取得了丰硕的成果。经过抗震设计，采用抗震技术的桥梁在地震中表现良好，说明了科学合理的抗震措施是减轻地震灾害的最有效的方法。

【参考文献】

[1]JTG/T B02-01-2008 公路桥梁抗震设计细则[S].

[2]JTG B02-2013 公路工程抗震规范[S].

[3]CJJ 166-2011 城市桥梁抗震设计规范[S].

[责任编辑：田吉捷]