抗震设计在钢结构桥梁中的应用分析

刘康 宋兴禹 陈艳丽 朱炳喜 李琳

摘  要：在对钢结构桥梁进行设计的过程中，为了使桥梁抗震能力进一步提高，设计人员应实施抗震设计，保障桥梁的稳定性，有效预防地震灾害。该文先对抗震设计的相关概念以及抗震设计的原理进行总结，并对当前常见的震害进行分析，从多个角度总结当前抗震设计的主要问题，最后以实际桥梁设计为依据，对其抗震设计应用过程进行分析，旨在提高桥梁的抗震性能。

关键词：钢结构桥梁  抗震设计  应用  分析

中图分类号：S611   文献标识码：A   文章编号：1672-3791（2021）10（b）-0000-00

Application Analysis of Seismic Design in Steel Structure Bridge

LIU Kang1 SONG Xingyu1 CHEN Yanli2 ZHU Bingxi2 LI lin2

（1.School of Building Science and Engineering， Yangzhou University， Jiangsu， Yangzhou Province， 225000 China; 2.Jiangsu Institute of Water Conservancy， Jiangsu， Nanjing Province， 210000 China）

Abstract： In the design process of steel structure bridges， in order to further improve the seismic capacity of bridges， designers should implement seismic design to ensure the stability of bridges and effectively prevent earthquake disasters. Firstly， this paper summarizes the relevant concepts and principles of seismic design， analyzes the current common seismic disasters， summarizes the main problems of current seismic design from multiple angles， and finally analyzes the application process of seismic design based on the actual bridge design， in order to improve the seismic performance of the bridge.

Key Words： Steel structure bridge; Seismic design; Application; Analysis

在橋梁施工过程中，钢结构的应用越来越广泛，桥梁的稳定性也随之增加。为了使桥梁的抗震性能进一步提高，设计人员应提高抗震设计水平，保障钢结构桥梁的抗震性能符合规范要求。

1 抗震设计的相关理论

1.1 概念

抗震设计也被称为减隔震设计，主要包含隔震技术和减震技术两个方面。相较于减震技术，隔震技术具有特殊的震动周期。当发生地震的过程中，隔震技术可以对地震能量起到缓冲的作用，使钢结构桥梁受到的地震能量进一步降低，从而起到保护桥梁的作用。而在实施减震设计过程中，关键部门的耗能构件以及阻尼具有重要作用。

1.2 抗震设计的原理

1.2.1 结构控制

在对钢结构桥梁结构实施设计过程中，常见的控制技术主要有如下几种：第一，混合控制技术;第二，被动控制技术;第三，主动控制技术。而在实施抗震设计过程中，主要依靠的理论为被动控制技术。设计人员通过对桥梁结构进行合理安排，可以使地震对结构的影响降到最低。通过对当前实践进行分析可知，在实施抗震设计时，结构控制可以使桥梁的抗震性能进一步提高。

1.2.2 延性设计

在对钢结构桥梁进行抗震延性设计过程中，设计人员应以桥梁结构受力特点为依据，选择合适的位置对塑性铰进行设置，并对细部结构的细节进行合理设计，保障桥梁稳定性。实施延性设计的主要目的是：在地震发生过程中，可以使地震能量进一步降低，使桥梁结构整体性进一步提高。当地震等级较高时，合理进行延性设计可以防止钢结构桥梁产生坍塌。但是在实施眼形设计过程中，会使桥梁结构性损害可能性进一步提高，因此设计人员应采取必要的隔震措施，使桥梁结构所受的剪力得到控制[1-2]。

2 钢结构桥梁的主要震害类型

2.1 上部结构震害

以震害产生因素对震害进行分类，主要有位移震害和结构震害。而上部结构震害主要为位移震害，产生损害的主要原因为扭转受力，还伴随着横向位移和纵向位移。发生位移震害主要区域为伸缩缝，当上部位移远超支撑面时，会出现落梁震害的可能，这主要是因为限位构造已无法满足使用要求。墩台支承宽度不符合要求也是导致落梁的原因，在地震作用下，墩台和梁会产生位移，最终导致落梁震害。

2.2 附属工程震害

在地震的作用下，下部墩柱、桥台连接处与主梁为桥梁结构中较为薄弱的位置，当附属工程限位能力不符合要求时，会产生台胸墙剪断、支座脱离主梁等问题。

3 当前抗震设计的不足之处

3.1 抗震设计应用规范存在漏洞

在对钢结构桥梁实施建设过程中，抗震设计应用历史较短。到目前为止，部分发达国家的抗震设计已经较为规范，而我国对抗震设计技术则较为不成熟。例如：在实施抗震设计过程中，设计人员缺乏实践经验和理论技术，我国的抗震设计应用规范仍存在较多漏洞。在对钢结构桥梁实施抗震设计过程中，结构的细节构造具有重要作用，当设计存在问题时，会使其抗震性能受到严重影响。由于我国抗震设计规范不统一、检测标准不完善，使我国钢结构桥梁抗震设计受到较大的阻碍。除此之外，在对钢结构桥梁实施建设过程中，施工单位为了一己私利，使用不合格产品进行建设，也会使桥梁抗震性能受到影响。

3.2 缺乏抗震设计应用方法

为了使钢结构桥梁的抗震性能发挥出最大水平，在实施抗震设计过程中，设计人员不但应对桥梁所在区域的地震等级进行分析，还应结合桥梁抗震设备进行设计。在此过程中，设计人员不但要对不同等级地震灾害进行分析，还要总结在地震作用下钢结构桥梁所受的影响，工作量较大。

4 工程概况

4.1 钢结构桥梁工程概况

某工程一标段主要包括主线1号桥、主线2号桥2座主线桥梁，起点桩号为K93+228，终点桩号为K94+788。其中主桥1号桥上部结构为现浇等高度预应力混凝土箱梁、双塔双索面钢结构拉桥以及三塔双索面钢结构斜拉桥;主线2号桥上部结构为装配式钢混工字组合连续梁和现浇等高度预应力混凝土箱梁。桥台为桩柱式桥台、肋板式桥台;下部结构墩桥为盖梁式花瓶墩、矩形花瓶墩;墩台基础为钻孔灌注桩。

4.2 抗震设计主要依据标准

对桥梁规模进行划分可知本工程中的桥梁为大桥。通过对相关抗震规范进行分析可知，该桥为B类抗震设防，其主要抗震设防目标有：该桥为大桥，根据《公路工程抗震规范》（JTG 1B02—2013） 中的相关规范，该桥主桥抗震设防分类为B 类。该桥主桥的抗震设防目标为：在E2地震作用下，桥梁不会出现严重结构损伤或不会发生倒塌，采取临时加固措施后，桥梁仍可用于应急交通;在E1地震作用下，桥梁不需经过修复仍可投入使用或桥梁结构未被破坏。设防水准：E2地震所对应的概率在50年时间内，超越概率为2%，且其重现期应为2 500年;E1地震所对应的概率在50年内，超越概率为10%，且其重现期应为475年。

以我国地震规划图为基础，结合地震危险性概率进行分析可知，该桥梁应设计7度的抗震设防雷度，场地类别为Ⅱ类，场地特征周期为0.4 s，地震加速度为0.1 g。

5 钢结构设计过程中主要破损位置

在对钢结构桥梁进行设计过程中，其主要组成部分为钢结构，在连接钢板时，采用焊接、螺栓连接等进行连接，因此在整个钢结构桥梁中，各个连接节点为其薄弱部位，发生地震时，这些位置极易出现破损，在受到剧烈摇晃时，节点极易出现裂缝，若被二次冲击，桥梁会出现断裂等问题。因此，在实际施工过程中，为了使钢结构桥梁的抗震設计效果进一步提高，施工人员应对节点进行实施检查，保障其稳定性 [3-4]。

6 钢结构桥梁中抗震设计的主要应用

钢结构具有延展性良好、抗震性能较高、整体强度优越等优点，与此同时，在施工过程中，其对环境污染较小，具有良好的环保性。在对钢结构桥梁实施抗震设计过程中，设计人员应分析其抗震性能。

6.1 梁柱刚性连接实施抗震设计

由于栓焊混合连接形式具有施工简便、构造简单等特点，因此该方式为我国常用的梁柱刚性连接方式，但是该种连接形式极易产生断裂，需定期实施补焊。为了使节点部位的塑性转动能力进一步提高，施工人员应在抗剪板和梁腹板的位置进行补焊施工 [5-6]。

6.2 合理选择抗震设计场地

在对钢结构桥梁进行施工过程中，其地震时钢结构的反应以及桥梁抗震能力均与施工场地有关，为了使桥梁抗震性能进一步提高，应选择土质坚硬的场地进行设计，当所选场地地基为软土时，设计人员还应对地基处理方式进行优化。

6.3 合理优化结构总体布置

在对桥梁建筑形状进行设计过程中，为了使其受力性更加明确，设计人员应保障桥梁形状的规则性，在发生地震之后，规则的桥梁形状一定程度上可以降低损害。因此，在对桥梁实施抗震设计过程中，设计人员应以桥梁功能为依据，简化桥梁结构，使桥梁刚度中心和质量中心偏差得到控制。

7 结语

在社会发展过程中，涌现出大量的新型科技，桥梁设计也不例外。桥梁作为城市建设的重要基础设施，其设计科学性和精准性将决定城市的交通发展水平和社会发展水平。而抗震设计作为钢结构桥梁稳定性的重要因素，在桥梁建设中具有重要作用，为了降低地震灾害对桥梁的影响，设计人员应从多个角度出发，总结国外先进的设计经验，对钢结构桥梁每个细节进行优化，使其整体抗震性能进一步提高，从而达到提高桥梁稳定性和安全性的目的。

参考文献

[1] 刘尊稳.基于线桥一体化模型的高速铁路桥梁抗震性能及设计方法研究[J].岩石力学与工程学报，2020，39（5）：1080.

[2] 陈长征，户东阳，李聪林，等地震区近断层高速铁路简支梁桥减隔震支座系统研究[J].铁道建筑，2020，60（9）：48-52.

[3] 李宗建.基于抗震设计的新型高墩构造比选——以黄韩侯铁路纵目沟特大桥105m高主墩为例[J].铁道标准设计，2020，64（6）：98-103，111.

[5] 蒋丽忠，周旺保，魏标，等.地震作用下高速铁路车-轨-桥系统安全研究进展[J].土木工程学报，2020，53（9）：1-13.

[6] 张忠伟，关清杰，刘严.摩擦摆球型支座对斜拉桥抗震性能的影响[J].城市道桥与防洪，2020（9）：73-75，79，14.