桥梁结构抗震设计要点及抗震措施

杨泽伟

(湖北建科国际工程有限公司，湖北 武汉 430070)

1 桥梁结构抗震概述

1.1 地震造成的桥梁结构震害以及原因

由于地震的运动形式不同，造成的桥梁结构的震害形式也不相同，但桥梁的震害形式大致可以分为两种，一种是由于地震造成的桥梁所在场地发生例如高低起伏一类的运动时，造成的桥梁结构的振动；另外一种形式是由于地震造成的桥梁所在场地的相对运动，这样的震害相较于第一种会更加严重一些，场地相对运动会造成桥梁被迫变形，桥梁的超静定内力会严重影响桥梁的抗震效果，如果造成的变形过大会直接导致桥梁抗震结构的失效。

在地震的作用下，会给桥梁带来不同程度的破坏，破坏形式也非常多。把握造成桥梁结构震害的原因是做好桥梁结构抗震设计的前提。公路桥梁是最常见的桥梁形式之一，本文列举了几种震害的主要表现形式：首先，地震会造成桥梁发生相对位移，在这个过程中，桥梁的各个支撑节点就会受到不同程度的破坏，节点的支撑能力以及角度一旦发生变化，桥梁的整体形态就会随之改变，通常表现为桥梁的隆起；其次，发生地震时，地表原有状态被破坏，严重情况下还会导致土质液化，这样一来，桥梁就会发生拉伸位移从而导致落梁现象的发生；最后，桥梁下部结构的抗震设计不到位，在地震过程中，出现各种开裂、失效的现象。

1.2 桥梁结构的一般构造和类型

桥身、桥面以及重要的连接结构共同构成桥梁的上部结构，基础、桥墩、桥台以及支座共同构成桥梁的下部结构，这些结构各自承载着不同的功能，共同作用支撑整座桥梁的正常形态。桥墩的主要破坏类型大致分两种：一种是弯曲破坏，这种破坏会造成塑性变形和刚度的下降，这样的变形从一定程度上来说可以减轻地震的破坏，通常情况下不会造成桥梁的坍塌；另一种是剪切破坏，这种破坏会更加严重，是造成桥梁破坏的主要形式，也是比较常见的桥墩破坏形式。

2 设计桥梁结构抗震时的思路和相关原则

2.1 设计桥梁结构抗震时的思路

就目前的桥梁抗震结构的设计来说，设计抗震结构的目标是“轻度地震桥梁不坏、中度地震桥梁可修、重度地震桥梁不倒”。具体来说就是，当发生轻微地震时，造成的场地运动要在桥梁的正常工作范围之内，要保证桥梁在这个阶段各个结构不受到损坏，或者是轻微损坏；中度地震发生时，桥梁会进入到非正常工作的状态，在这个过程中，桥梁的各个结构会发生损坏，但是各项功能仍能正常进行，经过后期的维修能够尽快恢复正常；当重度地震发生时，桥梁的结构可能会造成很大破坏，但是桥梁的大体形态不发生改变，更不会造成倒塌，经过抢修，仍然能够进行限速通车。

2.2 桥梁抗震结构设计的要点

各个地区发生地震的概率各不相同，对于一些地震高发地区的桥梁建设，还有地震发生强度较高的地区的桥梁建设，设计人员以及工程人员要根据地震发生的形式，切实设计桥梁的抗震结构。这样有针对性设计桥梁抗震结构会更加有效果。一般情况下，桥梁抗震结构的主要设计原则大致有：①在满足桥梁结构需要的前提下，尽可能地将桥梁的结构重心下移，这样可以有效减小地震对桥梁造成的破坏提高桥梁的抗震效果；②桥梁的高度要在一定范围内，桥梁如果过高会更加容易在地震中造成振动，影响到桥梁下半部分结构的刚度，从而影响到桥梁的抗震效果；③一定要加固桥梁的地基，以免在地震中发生场地的大幅度位移，导致桥梁的破坏；④桥梁的长度要尽可能保持适中，在整体结构上也要尽可能对称，研究分析表明，对称的桥梁抗震能力普遍高于不等跨桥梁。

3 桥梁抗震的相关措施

桥梁设计师需要对一些抗震设计的基本概念以及原理有深刻的理解，并且能够将其灵活应用到桥梁的设计中去，使桥梁的功能和抗震结构结合到一起，在保证桥梁各项功能的同时，提高桥梁整体的抗震效果。这个过程就称为概念设计。对于一些抗震材料的使用以及桥梁支座的选择，各种配件的选择，箍筋的配置、构造节点配筋的使用这些桥梁结构中的细节，称为细节设计。桥梁设计人员一直致力于研究桥梁的各个抗震结构，保证在地震过程中，桥梁最大限度的完好。在桥梁设计时，都要反复进行抗震效果的模拟，就目前的模拟抗震的结果表明，提高桥梁的延性是比较容易实现效果也很好的方法。

在桥梁抗震结构设计中，提高桥梁的延性是实现桥梁结构抗震效果的重要手段。桥梁的延性是桥梁具有的特点，利用加强这一特点可以有效减少地震给桥梁带来的损害。发生地震时，桥梁承受的外部压力会发生变化，一些结构受到的压力减小，而另一些结构的压力变大，这样会给桥梁带来很大破坏。提高桥梁的延性，在一定程度上可以改善这样的情况。桥梁的延性增加，会使得由于压力变化给桥梁造成的破坏大幅度下降，从而降低损失。除了控制桥梁的延性之外，桥墩也存在一定的延性，并且桥墩的延性是可以利用到抗震结构设计中去的，桥墩本身就具有一定的延性，如果配合延性材料的应用，桥墩的延性就会得到加强。具体到抗震结构设计中去，在地震发生的过程当中，桥墩的延性可以有效的吸收地震的破坏，地震力会被具有延性的桥墩分散，地震强度就会相应的减少，这样桥梁上半部分受到的破坏就会大大减少，提高延性的本质也就是提高桥墩的抗震荷载，延性的抗震设计要根据弹性测试来进行相关的计算，之后再根据抗震级别进行完善，找到最适合桥梁的延性范围。让桥梁与桥墩延性特点在桥梁抗震中发挥出最大的效果。

4 结束语

地震一旦发生，带来的危害是无法估量的，由于我国人口众多，道路众多，对于桥梁的需求也是与日俱增，如果桥梁受到地震的破坏，人员伤亡和经济损失都在所难免，所以一定要切实做好桥梁结构抗震的设计。随着国家科学技术的不断进步，已经研发出一大批高强度的建筑材料，将桥梁结构的抗震设计与这些高强度的抗震材料相结合，相信在桥梁结构抗震设计方面一定可以取得突破性进展，当然有关研究人员还需不断努力，设计出更多的抗震方案。希望本文能给有关人士提供帮助。

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