浅谈桥梁的抗震设计与措施

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　　摘要：本文首先对桥梁震害进行了概述，然后对桥梁抗震设计方法的发展做了简要的介绍，在此基础上，对桥梁抗震设计的措施进行了深入的探讨。
　　关键词：桥梁；抗震设计；震害
　　
　　0 引言
　　地震具有突发性和强破坏力的特点，通常对公路工程具有极大的破坏作用致使严重的交通中断。桥梁作为“生命线工程”的重要组成部分，在地震发生后发生损坏坍塌，会给紧急救援和抗震救灾带来更多困难，不仅阻碍当前的救灾行动，还会影响灾后的恢复工作，因此应对桥梁抗震给予重视。
　　1 桥梁震害概述
　　随着城市现代化进程不断加快、城市人口的大量聚集和经济的高速发展，交通网络在整个城市生命线抗震防灾系统中的重要性不断提高，对桥梁的依赖性越发增强。而近几十年全球发生的多次破坏性大地震表明，作为抗震防灾、危机管理系统重要组成部分的桥梁工程在地震中受到破坏，将严重阻断震区的交通生命线，使地震产生的次生灾害进一步加重，给救灾和灾后重建工作带来极大困难。同时，桥梁作为重要的社会基础设施，投资大、公共性强、维护管理困难。提高桥梁的抗震性能是减轻地震损失、加强区域安全的基本措施之一。根据以往地震中桥梁的震害情况，钢筋混凝土桥梁常见的破坏形式主要分为上部结构破坏、支座破坏、下部结构破坏和基础破坏等。
　　2 桥梁抗震设计方法的发展
　　2.1 基于强度的设计方法
　　早期的抗震设计基本采用基于强度的抗震设计方法，将地震力当作静荷载进行结构分析，以结构构件的强度或刚度是否达到特定的极限状态作为结构失效的准则。且该方法是目前许多抗震设计规范仍采用的设计方法。
　　2.2 基于延性的设计方法
　　结合桥梁结构弹塑性破坏的特点，一些学者提出了基于反应谱的延性抗震设计方法。该方法采用地震力修正系数调整反应谱加速度或弹性分析的地震内力，来反映不同结构的延性需求。如美国AASHTO桥梁设计规范就针对桥墩、基础、支座等构件，采用不同的地震反应修正系数R对弹性地震力进行折减，得到设计地震力。
　　2.3 基于性能的抗震设计
　　基于性能的抗震设计实际上是一总体设计思想，主要指结构在受到不同水平地震（不同概率地震）作用下的性能达到一组预期的性能目标。基于性能的抗震设计是使设计出的结构在指定强度地震下的破损状态及其造成的经济损失、人员伤亡等控制在预期的目标范围内，使结构震后的功能得以延续和维持。基于性能的抗震设计的特点是使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡，将抗震设计由以保障人们生命安全为基本目标转化为不同风险水平地震作用下满足不同的性能目标，从而通过多目标、多层次的抗震安全设计来最大限度保障人民生命财产安全，满足业主所需的结构性能目标。
　　基于性能的抗震设计内容主要包括：1）科学的定义和确定地震危险性；2）确定结构在不同水平地震作用下损伤状态、性能水平和性能指标；3）设计方法，主要包括承载力设计方法、位移设计方法和能量设计方法等。
　　3 桥梁抗震设计措施
　　在桥位选择、桥孔布设、桥梁结构体系的选择、桥型布置、路线走向以及桥梁结构细部设计中可以采取以下措施以达到结构防震、减少震害的效果。
　　3.1 总体设计中应注意的问题
　　（1）桥位选择。
　　选择桥址时，桥梁位置应选在良好和稳定的河段，应避开地震时可能发生地基失效的松软场地，选择坚硬场地。如果必须在稳定性差的软弱场地上河段通过时，应尽量采用桥梁中线与河流正交，这样即使地震产生河岸滑移，影响也较小；若采用斜交，地震时极易产生河岸向河心滑移，会使桥梁随之发生错动或扭转破坏。拱桥应尽量避免跨越断层，特殊困难情况下应进行地震安全性评价。
　　（2）桥型选择。
　　桥梁应结合地形、地质条件、工程规模及震害经验，选择合理的桥型及墩台、基础型式。宜尽可能采用技术先进、经济合理、便于修复加固的结构体系。可以考虑采用减震的新结构，比如型钢混凝土结构等。
　　（3）桥孔布置。
　　桥孔宜选用有利于抗震的等跨布置，并尽量避免高墩与大跨的结合。宜体形简单、自重轻、刚度和质量分布均匀、重心低、便于施工。位于地震后可能形成泥石流沟谷上的桥梁，孔跨和桥下净高宜根据流域内的地形、地质情况酌情加大。
　　3.2 桥梁抗震构造措施
　　（1）对常规的简支桥梁结构应加强桥面的连续构造，以及需提供足够的加固宽度以防止主梁发生位移落梁，另外还应适当的加宽墩台顶盖梁及支座的宽度，并增设防止位移的隔挡装置。对采用橡胶支座而无固定支座的桥跨，应加设防移角钢或设挡轨，作为支座的抗震设计。
　　（2）在地震区的桥梁结构以采用跨度相等、每联连续跨内下部墩身刚度相等为宜。跨度不均，墩身刚度不等极易发生震害。对各墩高度相差较大的情况可采用调整墩顶支座尺寸和桩顶设允许墩身位移的套筒来调整各墩的刚度，以便使之刚度尽量保持一致。地震区桥跨不宜太长，大跨度意味着墩柱承受的轴向力过大，从而降低墩柱的延性力。
　　（3）对高烈度区的桥梁设计应在纵向设置一定的消能装置，如采用减、隔震支座，以及在梁体和墩台的连接处增加结构的柔性和阻尼以便共同受力和减小水平桥梁荷载。
　　（4）由于拱桥对支座水平位移十分敏感，而两边桥台的非同步激振会引起较大的伪静力反应，有时甚至会大于惯性力所引起的动力反应，因此要求震区的拱桥墩台基础务必设置于整体岩盘或同一类型的场址以保证震时各支座的同步激振。
　　（5）桥梁的基础应尽可能的建在可靠的地基上，应加强基础的整体性和刚度，同时采取减轻上部荷载等相应措施，以防止地震引起动态和永久的不均匀变形。在可能发生地震液化的地基上建桥时，应采用深基础，使桩或沉井穿过可能液化的土层埋人较稳定密实的土层内一定深度。并在桩的上部，离地面1~3 m的范围内加强钢筋布设。
　　（6）墩柱设计中应尽可能的使用螺旋形箍筋，以便为墩柱提供足够的约束。另外墩身及基础的纵向钢盘伸入盖梁和承台应有一定的锚固长度以增强连接点的延性，并且，桥墩基脚处应有足够的抵抗墩柱弯矩与剪切力的能力，不允许有塑性铰接。
　　（7）采用将桥墩某些部位设计成具有足够的延性，以使在强震作用下使该部位形成稳定的延性塑性铰，并产生弹塑性变形来延长结构的振动周期，耗散地震力。
　　（8）采用上部结构和桥墩完全连接的刚构体系，并且桩尖穿过可液化层达到坚硬土层上，由于结构的超静定次数增大和坚实的桩尖承载能力的保证，减少了由于土壤变形而失效的可能性。
　　4 结语
　　桥梁结构作为地震灾害后紧急救援以及运送物资的必要条件，在地震灾害中的保通与安全至关重要。我国在桥梁抗震方面的不足主要是缺乏大量的基础性研究。尤其是桥梁的抗震减灾涉及多学科、多领域，而我国对桥梁抗震新结构、新技术的研究和应用远远落后于国外。因此我们在桥梁设计过程中更要认真分析结构的地震响应和特性，设计有效的抗震措施以达到结构的防震和抗震效果，以便提高和完善桥梁结构物的抗震性能，这对交通运输行业的经济性和社会效应性同样有益。

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