市政桥梁结构抗震设计与设防措施

刘宝柱

（中铁上海设计院集团有限公司天津分院，天津 300073）

0 引言

市政桥梁工程作为市政工程中非常重要的一个环节，建造的水平会影响到人们的出行安全以及一个地区的城市发展。因为市政桥梁工程的施工环境非常复杂，会给后期的运行维护带来很大的压力。同时，市政桥梁工程一般处于自然环境下，需要市政桥梁工程整体具备较强的承载力和安全性，因此对市政桥梁工程的设计提出了较高的要求。抗震设计作为工程结构设计的关键内容，其合理应用能够提高市政桥梁结构的强度，使市政桥梁可以有效地抵抗地震带来的破坏力。如果市政桥梁结构的抗震性达不到相关的标准，地震一旦发生就会导致结构坍塌，将造成大量人员的伤亡和严重的经济财产损失。所以，要加强市政桥梁结构抗震设计的合理应用，保证工程的设计水平。

1 市政桥梁工程相关分析

1.1 市政桥梁工程的特殊性

市政桥梁是指在城市建设中负责各部分交通的一些市政桥梁，可以满足城市的交通运行需求，还可以为地区的经济发展带来很大的良性影响。我国当前的市政桥梁工程与普通的建筑工程相比具有一定的特殊性，主要体现在以下三个方面：第一，市政桥梁工程的建设资金是由政府部门支持的，同时市政桥梁工程施工建设会对居民生活带来相应的影响。第二，市政桥梁工程施工中会受到施工场地的限制，施工场地较小会造成相应的交通堵塞问题，也会给工程施工带来难度，增加工程的施工成本，延长工程的施工工期。第三，市政桥梁工程在设计和施工建设过程中需要注意提高工程抗震性能，加强工程在地震灾害发生时的抵抗能力，保证市政桥梁工程稳定、安全地运行。

1.2 市政桥梁工程的施工特点

随着我国经济的稳定发展，市政桥梁工程的施工建设速度在逐渐加快，在市政桥梁工程建设过程中工程结构的抗震施工是工程的重点与难点。由于受到结构刚度、建筑材料和外界因素的影响，市政桥梁结构会出现相应的问题。这样对于工程的后期使用会带来不利的影响，甚至出现沉降和坍塌等危害。因此，需要结合市政桥梁工程的具体施工特点进行详细的分析：第一，市政桥梁结构的刚度需要满足相应的要求。由于市政桥梁的收缩性和膨胀度会受到多种因素的影响，因此，在施工时需要加强对工程结构设计的高度关注。第二，市政桥梁工程连接处会受到车辆流量、结构自身和外部因素的干扰，出现市政桥梁沉降幅度较大的问题，导致连接处出现错台，甚至会造成跳车，威胁行车安全，也会对工程的使用性能发挥带来不利的影响。第三，市政桥梁结构的刚度之间会存在一定的差异，在车辆行驶时两种不同的结构会受到同一种荷载的影响，导致荷载量的变化不同，从而出现坍塌。

2 抗震设计分析

2.1 抗震设计概述

抗震设计也称减隔震设计，包括隔震设计与减震设计两个方面。隔震设计是利用隔震支座、阻尼器等隔震装置将地基和市政桥梁结构进行隔离，一旦发生地震，隔震装置就可以吸收部分地震能量，提高市政桥梁结构的整体受力能力，从而对市政桥梁结构起到全面的缓冲保护作用。而减震设计是利用与速度有关的黏性抵抗地震作用，从黏滞材料的运动中获得阻尼力，消耗地震能量。良好的抗震设计能够提高市政桥梁工程的整体安全性和稳定性，还可以有效抵抗地震灾害带来的影响。我国的市政桥梁工程建设地理环境非常复杂，特别是在一些地震多发带，结合良好的抗震设计能够保证工程的施工建设水平以及后期的使用安全，提高人们的出行效率，为地区的稳定发展奠定良好的基础。

2.2 抗震设计原理

抗震设计需要遵循一定的原理和标准，才能保证市政桥梁结构的施工效果以及抗震能力。抗震设计的原理包括两个方面：第一，结构控制。市政桥梁结构在进行抗震设计时通常要采取对应的控制技术才可以确保设计的合理性，其中包括混合控制技术、被动控制技术以及主动控制技术。设计人员在实施抗震设计时需要遵循被动控制的原理，针对市政桥梁结构进行科学合理的安排，提高结构的抗震能力。第二，延性设计。针对市政桥梁结构的抗震延性设计，设计人员需要结合市政桥梁结构的具体受力点，选择相应的塑性铰进行合理的安置，加强一些细节的控制，能够保障市政桥梁结构的稳定与安全。实施延性设计的主要目的是在发生地震时，可以有效地控制和降低地震的能量，使市政桥梁整体结构的强度得到全面提升。如果发生了较高级别的地震灾害，通过合理的延性设计还可以避免结构坍塌。然而，在实际地震灾害发生时还是会对市政桥梁结构造成一定的损伤，所以作为设计人员要科学地选择更先进、更适用的隔震设计技术，加强结构的抗震能力。

2.3 地震带来的危害

地震灾害的发生是由于地球内部结构发生改变而产生剧烈的震动，在地震的震中区域会出现地面上下抖动以及颠簸的现象。地震作为一种突发性的自然灾害，具有短暂性以及不确定性的特征。如果某一地区出现了地震灾害，很有可能会导致这一地区空间范围内的地形结构发生较大的改变，甚至出现地面结构裂缝，导致市政桥梁结构出现严重裂缝甚至坍塌。所以，在市政桥梁工程设计时要结合地震发生的情况，采取针对性的抗震设计，保证设计结构的安全与稳定。

2.4 地震对市政桥梁的影响

在市政桥梁工程的使用过程中如果发生了地震灾害，将会对工程的结构带来严重的破坏。主要表现在市政桥梁结构以及地基在地震灾害发生时遭受了来自市政桥梁外表面结构的一种破坏力的影响，从而引起严重的结构内部损坏。市政桥梁结构的具体破坏形式会因为地震级别以及市政桥梁自身强度的不同而有所不同。通常情况下，地震会造成市政桥梁结构位移以及上部结构安全性能下降，由于市政桥梁结构以及地基受到了相应的破坏，严重的会导致市政桥梁结构开裂、坍塌。

3 抗震设计原则与必要性

3.1 抗震设计的原则

在当前我国市政桥梁结构的抗震设计中需要设计人员严格遵循相应的原则，才能够保证设计满足后续工程要求以及符合国家相关标准。其具体原则包括以下七个方面：第一，市政桥梁结构在抗震设计时要保证市政桥梁工程施工建设地区的地质条件以及地形结构等符合市政桥梁工程设计规划。结合相应的标准，严格地对地震自然灾害可能发生的情况进行全面的分析，选择有针对性的市政桥梁结构以及基础施工结构。第二，市政桥梁结构的设计需要保证工程的抗震能力。市政桥梁结构应避免出现大跨度以及高桥墩等方式，此类方式会影响结构的稳定性，不利于抗震。第三，市政桥梁结构的整体外观形式需尽量简化，应选用自重较轻的建筑材料有效地降低市政桥梁结构的重心，这样既便于工程结构的施工建设，又能有效提升结构强度。第四，在市政桥梁的外观设计中还需要避免选择截面较大的市政桥梁结构，此类结构会导致头重脚轻。第五，要保证市政桥梁结构自身的安全性与整体连接性，并加强连接的稳固性以及延伸性，在适当的位置设置合理的减速器和相应的塑型铰支座提高防震能力。第六，市政桥梁结构施工要选择先进的施工技术，加强对工程结构的优化，保证工程结构的安全。在选择抗震措施时要遵循优化设计的原则，加强对各种方法的创新，提高工程力学计算的精准度，确保市政桥梁结构中相应配置构建的合理性。第七，在进行市政桥梁结构抗震设计时，要保证设计方案符合国家标准以及行业标准。

3.2 市政桥梁抗震设计的必要性

我国地域辽阔也是一个地震多发的国家。地震会给每个地区的基础建设设施带来一定的危害，同时会威胁到居民的生命安全。其中，实施市政桥梁工程建设是在地震灾害下进行抢险救灾，重建城市的重要基础设施。为了保证市政桥梁工程结构的稳定性，有效地抵抗地震带来的灾害，就需要加强对市政桥梁结构的科学设计，保证工程后期使用过程中不会遭受破坏，避免市政桥梁损坏以及人员的伤亡。同时，不同的市政桥梁结构破坏彼此之间的相互影响，例如，在市政桥梁结构设计时如果采取了头重脚轻的方式，那么在地震作用力下整个市政桥梁的强度就会大大降低，也会造成桥墩的破坏，进而引发整个市政桥梁出现坍塌的危害。另外，不同地震措施以及相应的地质条件也是导致市政桥梁结构受到影响的关键因素。在较大地震作用下，市政桥梁结构整体会受到一定的震动力。为了有效地减轻地震灾害，对于市政桥梁结构的不良影响，就需要在市政桥梁工程建设过程中注重工程的抗震设计。加强整个市政桥梁结构的整体设计以及施工水平，保证市政桥梁结构的安全与稳定，避免地震灾害的不良损失。除此之外，在现代化城市的建设过程中市政桥梁工程也是整个交通运输体系非常重要的一个组成部分，保证市政桥梁工程的抗震效果，就是提高市政桥梁工程的整体建设水平，为现代化城市的稳定发展奠定良好的基础。

4 市政桥梁结构抗震设计与设防措施

4.1 静力法抗震设计

在现阶段的市政桥梁结构设计工作中市政桥梁结构抗震系数提升是设计关注的重点。在实际应用过程中要选择科学的抗震方法，保证市政桥梁结构的抗震水平。静力法作为抗震设计的重点，它能够在地震发生时有效避免地面运动以及物体运动产生的惯性，对结构进行全面的保护。从力学的角度分析，地震加速度会产生一定的破坏力，针对动力特征，结合结构的基本特点以及相应的震动周期，在地震发生时，尽量避免结构受到破坏力的影响。在实际应用过程中要加强对静力法的正确认识，将其融合到抗震设计工作中，提高市政桥梁结构抗震水平。

4.2 反应谱法抗震设计

反应谱法的应用主要是对地震系数的数值进行精准计算，结合地震加速度的具体情况获取相应的规律数值，用不同的阻尼比进行反应谱分析。确定阻尼比之后，结合相关的数据，加强对地震加速度的分析。在市政桥梁工程抗震设计时要通过扩大动力的方式加强系数结构，调整结构对于地震的反应能力。此外，还可以采用非弹性反应谱法，结合弹性结构的具体分析，强调在地震作用下结构的弹性塑变情况。

4.3 结构构件的强度提升

加强市政桥梁结构和构件的强度在实际应用的过程中是至关重要的。市政桥梁结构如果受到地震的影响将会导致结构出现震动，因此需要结合地基的实际情况了解震动能量的大小，通过减隔震装置使其结构具备较高的强度。在市政桥梁的高度设计时还需要根据地基实际情况，结合抗震能力的相关参数进行分析，了解地震可能带来的地基变形程度，从而在实际应用的过程中，在不断增加市政桥梁结构重量以及高度的基础上，保证市政桥梁工程总体强度得到全面的提升。

4.4 增强市政桥梁体系的规则性

对于市政桥梁工程的施工建设其结构体系的规则性，对于整个结构安全稳定会产生较大的影响。同时，在地震作用力下，市政桥梁的结构也会更加的安全稳固，因此在工程抗震设计中要注意规则性，特别是上部市政桥梁结构要保证整个施工的连续性。如果结构体系规则性比较好，可以有效地防止地震灾害带来的不良影响，同时有效提升市政桥梁结构的合理布局。另外，在市政桥梁结构设计过程中还需要通过立面和平面的设计角度，保证整个结构的刚度和设计效果，要确保市政桥梁的对称性和均匀性。防止一些结构突变的情况，否则就会影响结构的使用。例如，在市政桥梁结构设计过程中不仅要保证桥墩桥跨度满足标准的规范要求，同时还要提高整个市政桥梁结构的对称性，确保市政桥梁左右两侧的结构能够良好的对称，提高整个结构的稳固效果。

4.5 加强市政桥梁结构的使用性能

在地震灾害作用力的影响下，市政桥梁结构会出现复杂的内部变化，这样会导致整个内部结构的安全性受到很大的影响。市政桥梁结构的使用性能是指市政桥梁结构或者相关的构件其强度和使用的延伸性，它决定了工程结构设计的效果。同时，作为施工企业要加强对市政桥梁结构延伸性和强度的使用性能控制。一旦发生了地震灾害，地震波会导致市政桥梁结构出现不良的震动，严重的从地基传入市政桥梁结构，这样会给市政桥梁的使用安全带来较大的危害。同时为了加强市政桥梁结构的延伸性和强度，避免在地震灾害下受到的破坏，需要在不改变刚度和重量的基础上，通过对市政桥梁结构总体延伸性能的提升，加强整个市政桥梁的抗震效果。另外，改善桥梁结构的刚度也可以避免地震带来的危害，防止市政桥梁结构出现变形的情况。而市政桥梁结构的延伸性和强度也是决定整个市政桥梁结构使用效果的重要因素。特别是在地震灾害下，市政桥梁结构设计需要反复的研究，提高整个结构的强度。例如：针对市政桥梁单墩结构在设计时，为了加强整个桥墩的结构延伸效果，防止地震灾害再来的破坏力。就需要对桥墩结构进行科学地设置，应用弹性支座，保证整个结构的弹性效果，防止延伸性受到破坏。另外，还可以通过加强市政桥梁结构的截面和配筋率，增强混凝土钢筋结构的使用效果，保证在地震灾害下整个市政桥梁结构更加的安全。

5 结语

在现代化城市的建设过程中市政桥梁工程的施工建设是城市发展的重要工程项目，只有保证市政桥梁工程的科学设计和合理施工，才可以提高工程的安全性和稳定性。而在市政桥梁结构抗震设计中需要根据工程的具体施工要求、现场的实际情况对工程结构进行优化，提高结构的抗震能力，有效地避免因地震灾害带来的人员伤亡和财产损失。