浅析公路桥梁的抗震设计

江展图

摘 要：桥梁工程，是交通运输的咽喉，在国家建设中起着举足轻重的作用；而在地震发生后为了紧急救援和抗震救灾的需要，更是作为重要的生命线工程。文章分析桥梁结构震害及其原因，探讨公路桥梁抗震设防目标，提出公路桥梁抗震设防措施。

关键词：公路桥梁；抗震设计；设防目标；设防措施

1前言

在抗震抢险救灾中，公路交通运输是抢救人民生命财产、尽快恢复生产和重建家园的重要环节。遍布的道路交通犹如全身的血管，由此可知道路交通的重要性，而公路桥梁作为道路交通的一部分，其重要性也可想而知。而桥梁工程，作为重要的生命线工程，是交通运输的咽喉，在国家建设中起着举足轻重的作用，而在地震发生后为了紧急救援和抗震救灾的需要，其重要性就更为明显。

2桥梁结构震害及其原因分析

要想建立正确的抗震设计方法、采取有效抗震措施，对公路桥梁震害及其产生的原因的调查和分析是必不可少的。从世界各国的地震震例统计资料看，公路桥梁的震害现象主要有以下几种：一、对梁式桥梁地震位移造成上部活动节点处因盖粱宽度设置不足导致落梁或梁体相互磁撞引起的破坏，而对拱式结构则主要表现在拱上建筑和腹拱的破坏，拱嘲在拱顶、拱脚产生的破损裂缝，甚至整个隆起变形。二、由于地震造成的地基土液化，加大了地面位移从而加剧了结构反应，大大增大了落梁的可能性。三、对支座的抗震要求考虑不足造成支座发生过大的位移和变形从而造成支座本身构造上的破坏等，进而对结构的其他部位产生不利的影响。四、桥梁下部结构抗力不足导致的地震时下部开裂、变形和失效，进而对全桥的不利影响。五、地震时使得在松软地基上的桥梁在发生河岸滑移导致全桥长度的缩短而造成的比较严重的震害。

3公路桥梁抗震设防目标

公路工程对政治、经济、国防和抗震救灾具有特别重要的意义，地震时一旦发生破坏，将造成交通中断，后果非常严重。进行公路工程抗震设计时，应根据不同等级公路的重要性程度，考虑重要性系数来计算水平地震作用。与建筑结构抗震设计采用的“三水准两阶段”的抗震设计方法有所不同，目前我国桥梁抗震仍采用一次设计法，仅进行基本烈度下的抗震验算，只进行设计地震力作用下的强度验算，没有考虑桥梁结构的“变形能力”和“耗能能力”。这就导致钢筋混凝土墩桂在强烈地震作用下，往往因设计弯曲延性不足或塑性铰区设计抗剪强度不足而发生弯剪破坏或剪切破坏。因此，单一的强度设防原则是目前我国公路桥粱抗震设计中存在的主要问题。国际上公认的多级抗震设防原则是“小震不坏，中震可修，大震不倒”，建议公路桥梁的抗震设计宜采用三阶段三水准设防。第一阶段设计：对于小震，采用众值裂度的地震动参数，计算出结构在弹性状态下的地震作用效应，使结构在小震作用下不发生弹性破坏，并进行结构强度和稳定性验算，满足第一设防裂度对结构强度、变形和稳定性的要求，实现小震不坏。第二阶段设计：对于中震，采用第二水准裂度的地震动参数，考虑刚度退化，计算截面开裂、屈服及破坏时的荷载位移关系，并同地震荷载效应比较，要求有一定的安全度，从而满足第二级设防要求，实现中震可修。第三阶段设计：对于大震，采用第三水准裂度的地震动参数计算地震荷载效应，并同截面的破坏荷载比较，要求有一定的安全度，并考虑结构的倒塌机制，保证整体稳定可靠度，实现大震不倒。上述三阶段设计原则实际上规定了结构在三级地震水平下相应的反应，即在多遇地震作用下，结构总体处于弹性反应范围，结构构件没有损坏，在设防烈度的地震作用下，结构可能出现一定的塑性变形，但最大变形值应限定在远低于结构的容许变形以内，在罕遇地震作用下，结构将经历较大的弹塑性变形循环，最大变形可能达到结构的容许变形值，但始终不超过容许变形值。最终实现了“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防原则。

4公路桥梁抗震设防措施

由于地震反应的不确定性和桥梁结构的复杂性，桥梁结构抗震设计中尚存在许多不定的因素。现行的地震作用计算和结构抗震计算的方法大都是具有一定概率水准的近似方法，除了进行合理的抗震计算外。还应采取有效的构造措施来提高结构抗震性能。《公路抗震规范》区分不同基本烈度，分别给出了桥梁结构抗震构造措施。通过限制构件之间的位移，增强柱墩的强度、刚度和延性，加强结构整体性和稳定性等方面来提高桥梁结构的抗震性能。近几十年来，尽管世界各国都在改进桥梁设计方法方面做出了巨大的努力，但是在近年来发生的几次大地震中，桥梁结构仍然不同程度的遭到了的损害，这说明还有待进一步地完善桥梁的抗震设计理论。大量的震害资料表明，合理的结构形式和成功的抗震设计，即合理的概念设计可以大大地减轻甚至避免震害的发生。一个是概念设计、一个是构造细节设计。需要注意的是，这两个东西其实和具体的抗震计算关系不大，计算只是辅助手段，只是验证概念和细节的合理性。所以设计师需要的是对桥梁抗震设计基本概念和原理的深刻理解。从结构上来说，要清楚哪些结构有利于抗震，哪些结构抗震不利，其中包括桥型、上部结构、下部结构、墩台、基础的处理等等。构造细节措施则包括一些基本的抗震措施，比如支座的选择、挡块的设置等等，还包括构件细节的构造措施、比如墩的箍筋配置、节点配筋构造。国内外桥梁抗震研究人员一直都在研究桥梁的合理构造措施，合理的构造措施可以提高整体的延性及滞回耗能能力。在确定路线的总走向和主要控制点时，应尽量避开基本烈度较高的地区和震害危险性较大的地段；在路线设计中，要合理利用地形，正确掌握标准，尽量采用浅挖低填的设计方案以减少对自然平衡条件的破坏。对于地震区的桥型选择，宜按下列几个原则进行：尽量减轻结构的自重和降低其重心，以减小结构物的地震作用和内力，提高稳定性，力求使结构物的质量中心与刚度中心重合，以减小在地震中因扭转引起的附加地震力，应协调结构物的长度和高度，以减少各部分不同性质的振动所造成的危害作用，适当降低结构刚度，使用延性材料提高其变形能力，从而减少地震作用，加强地基的调整和处理，以减小地基变形和防止地基失效。

5结语

虽然目前地震还不可有效的預测，但是只要我们通过研究认识到地震对结构的破坏规律，我们就能通过一定的抗震设防原则制定相关的抗震设防措施并控制好施工质量，这样就能尽量减低震害的影响。

参考文献

[1]袁腾文.浅谈公路桥梁的防震设计.科技资讯，2017年3期

[2]龚继铣.浅谈公路桥梁的防震设计.科技资讯，2017年18期

[3]沈建章，王光.浅谈公路桥梁的加固技术.科技创新导报，2016年第9期

[4]王志刚.浅谈公路桥梁的安全管理.北方交通，2016年第9期

[5]余永红，赵曼秀.浅谈公路桥梁的加固.中国高新技术企业，2015年第24期

（作者单位：广东省阳东县建筑设计室）