公路桥梁抗震措施

李鑫成

摘 要：地震由于其难预测性及较为严重的破坏性是保证桥梁结构的安全性的重要考量之一，同时确立合理严谨的抗震措施对于减轻地震及其次生灾害具有现实的意义。本文通过对我国公路桥梁地震破坏特点的总结，结合新版抗震规范提出公路桥梁抗震措施，以期为公路桥梁抗震设计与施工提供借鉴参考。

关键词：抗震设计规范;地震破坏特点;抗震措施

0 引言

我国主要位于环太平洋地震带和欧亚地震带，大陆板块经年累月受四周板块的挤压和撞击作用，地致使我国地震活动频繁发生，使得我国每年均有不同程度的地震灾害发生，时刻威胁着我国人民的生命财产安全。我国地震总体呈频度高、强度大、分布广、震源浅的特性，地震在发生位置分布上特点是东少西多，大都分布在五个地域：台湾省、西南地区、西北地区、华北地区、东南沿海地区和23条地震带上，其中我国西南地区是地震发生较多的区域，青藏高原向云贵高原和四川盆地的过渡地区是地震的发生频率最高的区域，进入20世纪后，我国共遭受6级以上地震约800次，分布在除贵州、江浙两省和香港特别行政区以外所有的省市区;在伤亡人数的地理分布上特点是东多西少，主要是由于东部地区人口众多且稠密，致使人民在自然灾害发生时伤亡严重。

近年来，我国由于地震而造成的死亡人口数逐年呈减少趋势，是由于伴随着科技的发展，我国基础设施建设抗震理念逐步加深，防震、减震方法措施大力推广，抗震能力大大提升。但同时我国因为地震造成的经济损失却逐年攀升，其缘由为紧随着中国经济迅速腾飞，在单位面积上投入的资产密度大大增加。

因此，对于我国公路桥梁抗震能力的要求逐步提升，如何保证在地震时桥梁上行人行车的安全，甚至在罕见的强烈地震作用下桥梁结构少破环，不塌落，可维修，便成为了当前桥梁工程师的主要研究方向。

1 公路桥梁抗震设计规范

公路桥梁抗震设计规范在我国随基础设施建设历经了多次完善和修订，参考日美等国的《公路桥梁抗震设计细则》于2008年实施，其确立了我国公路桥梁抗震设计方面的中心思想、计算模型与计算方法;吸收了近年来新的研究成果和历年设计经验的《公路桥梁抗震设计规范》于2020年实施，为我国桥梁抗震设计提出了适应性的改善。

根据《中国地震动峰值加速度区划图》（GB 18306-2015），全国地震动峰值加速度0.1 g（抗震设防烈度为Ⅶ度）及以上地区的面积为58%，0.2 g（抗震设防烈度为Ⅷ度）及以上地区的面积达到了18%，按照《公路桥梁抗震设计规范》（JTGT 2231-01—2020）规定，对Ⅵ度地区的A类桥梁和Ⅶ度及以上地区的A类、B类、C类、D类桥梁必须进行抗震分析[1]，因此公路桥梁尤其是高烈度地区桥梁设计中应着重考虑地震作用对桥梁安全的影响。

2 我国公路桥梁地震破坏特点

我国公路桥梁在地震作用下源于上部结构直接承受结构自身惯性力作用使得桥梁结构发生严重损毁的实例较罕见，源于桥梁下部结构在地震作用下损坏而致使上部结构损坏则是我国过公路桥梁结构损毁的主要成因，桥梁下部结构通常的损坏方式有以下几种：

（1）桥梁下部墩台结构在地震作用下的产生的相对位移大于桥梁主梁的支承长度，致使桥梁上部结构在纵桥向位移过大而导致上部结构塌落而破坏（如汶川百花大桥落梁）。

（2）墩台结构的挡块被破坏而致使上部结构在横桥向塌落而破坏。

（3）上下部结构连接的支座等构造处在地震作用下由于自身抗剪承载力较弱而被剪坏，致使上部结构塌落而破坏。

（4）桥梁墩柱的塑性铰区域的抗弯、抗剪承载力较差，导致桥梁墩柱破坏。

（5）桥梁墩柱、桩基础钢筋的连接部位及其锚固性能较差，导致桥梁墩柱破坏。

（6）松软地基上的桥梁在地震时由于地层滑移导致墩台移位造成破坏。

3 结合抗震规范提出抗震措施

3.1 合理选择桥位和桥型

桥梁位置的选择在桥梁设计中非常基础与关键，由于松软区域较易在地震作用下使得其地质自身失稳，应尽可能避开而优先选择坚硬的地域作为桥址区域，通常情况下，桥位多选在硬黏土地基、基岩和坚硬的碎石地区，尽力避开素填土、细砂等不良的地质条件区域。

桥型的合理选用对于提高桥梁抗震性能尤为关键，设计人员需要结合项目区域的建设环境及地质地层实情，依据工程实践经验及周边建设项目的实例，合理选择上部、墩台以及基础的结构形式，充分进行优缺点比选。在保障经济性、安全性满足项目建设要求的前提下，优先选用受力合理，采用高强材料的桥梁结构，以提升桥梁结构具抗震、减震能力。

3.2 防落梁的措施

08版《公路桥梁抗震设计细则》指出桥梁上部结构主梁的支承长度a≥70+0.5L（L为梁的计算跨径，L单位为m，a单位为cm）[1]，但严格按此取值是不保守的，例如：汶川大地震时，部分桥梁的盖梁宽度满足细则中的要求，但还是发生了纵向落梁[3]，因此对于“长桥高墩”类型的桥梁应保证上部结构支承长度有更多的安全富余。20版《公路桥梁抗震设计规范》中指出简支梁桥和连续梁桥上部结构梁端至墩、台帽或盖梁边缘的距离a≥50+0.1L+0.8H+0.5Lk且不应小于60 cm[2]，充分综合考虑了桥梁联长、跨径和桥墩高度对桥梁的综合影响，增強了适用性。在公路桥梁设计过程中同时应该设置主粱限位装置与纵向防落梁构造，增强抗震性能。

横桥向抗震挡块的破坏在桥梁地震破坏形式中也较为普遍，由此凸显了现阶段对于挡块设计较为简单粗暴的问题，通常是因为挡块尺寸较小，配置的受力主筋配筋较少，挡块于梁板之间未设置减震橡胶垫块，挡块与梁体之间预留的5 cm缝隙在施工时往往难以保证。针对此情况在对挡块进行设计时，应合理设置挡块尺寸、优化主筋配置、设置减震橡胶块、在梁与挡块间设计预留5 cm～10 cm的间隙以确保桥梁横向不落梁。

3.3 支座形式和布置方式

由于地震作用下一联内上部结构的水平地震力是通过各墩台的刚度进行分配并传递的，一联内若有墩梁固结的存在，则会导致桥梁全联受到的地震作用很大一部分由墩梁固结位置下的桥墩承受，使得桥墩在地震厚很快损毁，使得全联桥梁破坏。关于不等跨和相邻墩高差距较大的桥梁，较大跨径所在桥墩和较矮的桥墩由于集成刚度较大会产生较大的地震力，设计时应尽量避免以上情况的出现，实在不能避开时宜设置抗震支座调整桥墩整体的合成刚度。

3.4 桥墩钢筋配置

为确保桥墩不发生脆性损坏，在设计中应确保桥梁墩柱的受力纵筋和螺旋箍筋组成钢筋骨架，在地震作用下桥墩中混凝土在竖向受压、横向膨胀时，螺旋箍筋主要用于约束混凝土的横向膨胀趋势，尤其是塑性铰区域内混凝土，即可明显的提高桥墩墩柱的抗压承载能力，同时适度提高墩柱内纵筋的配筋率，亦可提升混凝土墩柱的延性，加强桥墩的抗震性能。

在桥墩设计中应依据抗剪计算结果来配置箍筋的使用，确定合适的箍筋间距，Ⅶ度及以上桥址区应经过计算选用墩柱构造尺寸大小，确保塑性铰区处于墩柱之上，塑性铰区钢筋应严格按照规范计算确定选择合理的加密方式。在实际施工过程中，盖梁、承台中构造钢筋很多，螺旋箍筋布设与施工较为艰难，故此位于盖梁、承台中的加密箍筋应采调整为使用环形箍筋。

4 结束语

桥梁建设关系到国家的基础设施建设，关系到国民经济发展，设计工作者需不断提升与完善，以更好地服务与公路建设，20版《公路桥梁抗震设计规范》的实施，我国桥梁抗震方面将有新的卓有成效的措施以提升设计建设水平。

参考文献：

[1]TG/TB02-01-2008，公路桥梁抗震设计细则[S].北京：人民交通出版社，2008.

[2]JTGT 2231-01-2020，公路桥梁抗震设计规范[S].北京：人民交通出版社，2020.

[3]庄卫林，刘振宇，蒋劲松.汶川大地震公路桥梁震害分析及对策[J].岩石力学与工程学报，2009，28（7）：1377-1387.