有關橋梁工程抗震設計的研究與探討

葉思凱

摘要：橋梁工程抗震設計是當代橋梁設計工作中的重中之重，它既關系到人們的生命財產安全，又關系到建設單位的經濟利益。本文分析了在地震作用下橋梁結構破壞特點，重點針對橋路口工程抗震設計中幾個常見設計要點進行探討。以求為提高橋梁工程抗震設計，確保人民生命財產安全提供參考。

關鍵詞：橋梁工程；抗震設計；地震

進入二十一世紀以來，我國橋梁行業得到了迅猛發展，越來越多的橋梁從祖國大地拔地而起。眾所周知，我國處于地震多發地帶，回顧近代地震史，有唐山大地震、汶川大地震……，這些地震都給我國經濟、建設等方面帶來了無可估量的損失，許多昔日繁華的城鎮在地震的破壞下變得殘壁斷垣，至今國人無不思痛。可見，合理的抗震設計，要求設計出來的結構在強度、剛度和延性等指標上有最佳的組合，使結構能夠經濟地實現抗震設防的目標。本文在此主要探討了橋梁工程抗震設計相關問題，為今后橋梁設計起到借鑒作用。

1 地震作用下橋梁結構破壞特點

1.1 構件形式

結構在水平地震荷載作用下由于過大的變形導致混凝土保護層脫落、鋼筋壓屈和內部混凝土壓碎、崩裂。結構失去承載能力在框架結構中，通常柱的破壞程度重于梁、板；鋼筋混凝土構件通常會出現斜向或交叉裂縫；配置螺旋箍筋的混凝土柱，當位移角達到較大數值時，核心混凝土仍保持完好，柱仍具有較大的抵抗能力。橋梁從結構角度講是不規則結構，其受力特點復雜，容易出現應力集中；特別是在水平地震作用下，由于橋梁板的“斜撐”作用，橋梁形成的實際支撐對結構剛度的影響，與結構整體剛度的大小有關，對結構受力性能的影響更是相當微妙。而上部結構的地震慣性力通過支座傳到下部結構，當傳遞荷載超過支座設計強度時支座發生損傷、破壞。支座損傷也是引起落梁破壞的主要原因。對于下部結構而言，支座損傷可以避免上部結構的地震荷載傳到橋墩，避免橋梁發生破壞。

1.2 結構體系

當梁體的水平位移超過梁端支撐長度時發生落梁破壞。落梁破壞是由于梁與橋墩（臺）的相對位移過大，支座喪失約束能力后引起的一種破壞形式。采用框架-抗震體系的橋梁結構，破壞程度較輕；相反剛度柔弱的底層破壞程度十分嚴重；采用框架填充墻體系的房屋，當底層為敞開式框架間未砌磚墻，底層同樣遭到嚴重破壞；采用鋼筋混凝土板、柱體系結構的建筑，因樓板沖切或因樓層側移過大、柱腳破壞，各層樓板墜落重疊在地面。以前橋梁結構在抗震設計時梁、板按受彎構件簡化模型進行計算，僅計算豎向荷載設計橋梁構件，未將橋梁作為整體結構的一部分考慮。而在地震作用下，橋梁梁板與主體結構相連，成為壓彎或拉彎構件，橋梁參與框架結構整體受力后，結構的水平剛度增大，結構自振周期減小，勢必造成總地震作用加大。

2 橋梁工程抗震設計要點

2.1 采用適當的平立面

如何對一個橋梁工程項目實施建筑布局與結構布置？這通常與橋梁的平立面直接相關。有數據表明，簡單、規則的橋梁結構其抗震能力普遍較強。這是因為復雜式橋梁結構在地震發生時內部構件的強度與剛度形不成一致規律，導致結構扭轉非常明顯。因此，在對橋梁工程的抗震設計中務必加強措施，盡可能遵循建筑物的均勻對稱原則，避免采用不規則的建筑方案，從總體上降低橋梁的剛度偏心率，并準確無誤地計算出相關的地震反應數據，這有利于在必要的情況下采取抗震措施和細分處理措施，保障在地震作用下，受力有明確、直接的傳遞途徑。

2.2 選擇有利場地

在橋梁內部實際配筋計算時，橋梁板按單向板力學模型進行配筋計算，上部負筋通常按照跨復雜性，首先需要通過概念抗震設計來間接實現“大震不倒”，橋梁的抗震概念設計與計算設計同等重要。由于施工場地的地質環境不同，橋梁結構在地震中的反應也是不盡相同的。因此，在有選擇的情況下，選擇一塊有利于抗震的場地開展施工，很大程度上可以減輕地震所造成的損害。在選擇建筑場地之前，首先根據建筑場地的地質狀況及建筑結構的需求，分析出哪些是有利地段，哪些是不利地段，無論何時都不要在危險地段上進行建設，以免造成不必要的人員傷亡與財物損失。此外，還要盡可能地錯開地震周期與在建項目的自振周期，用以防止橋梁結構產生共振損壞。

2.3 保證結構構件的延性

橋梁結構的地震破壞源于地震動引起的結構振動，因此抗震設計要力圖使從地基傳入結構的振動能量為最小，并使結構具有適當的強度、剛度和延性，以防止不能容忍的破壞。所謂的結構的延性，就是在承載力沒有明顯減小的情況下，結構所能產生非彈性變形的能力，其很大程度上體現了結構的變形能力。有必要說明的是：在地震作用下，結構的延性直接影響著橋梁能否在災難中屹立不倒，所以結構的延性在某些意義上等同于結構的強度，二者都是建筑抗震設計中所要考慮的重要指標。那么怎么樣在地震作用下使橋梁的鋼筋混凝土展現出結構的延性呢？這應該盡量地將塑性變形集中作用于延性較好的構件上。良好的延性對橋梁結構的作用無疑是肯定的，一方面它能有效地降低地震作用對橋梁的影響，另一方面還能吸收地震能量，防止建筑結構的倒塌。

2.4 增強橋梁的整體性

橋梁作為許多細節構件連接而成的整體，是一個具備空間剛度的結構體系，其能否承受地震驚人的破壞力量，全看各構件間能不能實現協調工作、有機地形成一個整體。所以說，橋梁的整體性能不但是建筑抗震的首要條件，還是橋梁抗震設計中的重點內容。一般來說，鋼筋混凝土現澆梁板的整體性能好，在適當位置布設構造柱，并配置相應的構造鋼筋，不但能夠消除滑移、散落等問題，加強橋梁梁板的剛度值，還能適當放寬對橋梁的平面要求，對于橋梁的層間變形，也非常容易控制。

2.5 加強抗震防線的建設

如今，許多橋梁都設置多道抗震防線，以增強建筑的抗震能力。一旦地震來臨時，第一道防線在強烈的地震力的沖擊下遭到破壞后，還有后備的第二道、第三道甚至更多的防線立即接替，抵擋住后續的地震沖擊力，這樣可以最大限度的保證橋梁的安全，免于倒塌。另外，在進行橋梁抗震能力的設計時，可以采用具有多個肢節的抗震結構體系。橋梁結構可以通過合理設置連梁，使其具有優良的多道抗震防線性能。還可以利用在結構中增加贅余桿件的屈服和變形來分散地震的作用力，而且一旦贅余桿件遭到破壞后退出工作，還可以使整個橋梁結構從當前的穩定日系想另外一種穩定體系進行過渡，避免在長時間的地震作用下引起持續的共振效應。

2.6 選擇合理的結構形式

建筑抗震結構體系作為抗震設計中的重要內容，在確定結構體系階段，會受到許多外界因素如建筑高度、經濟狀況、場地布置、施工材料等影響，是一個涉及面極廣的技術問題，必須經過謹慎的思考才能確定。這方面，非但要考慮計算簡圖和抗震防線等問題外，橋梁體系還應具備一定的剛度和承載力分布，防止局部突變而產生過大的塑性變形。再者，在結構布置階段，兩個主軸方向的動力特征值最好相距不遠，并在建筑的布局上，保持結構對稱、布置均勻的原則，以避免主軸不在一條軸線上而引起的扭轉振動等問題。

3 結語

綜上所述，橋梁工程抗震設計是一個完整、系統的過程，是衡量橋梁工程結構設計是否符合要求的重要指標之一。作為一名橋梁工程設計人員，在對橋梁的抗震設計當中，應秉著認真負責的態度，細心分析橋梁結構中每個構件和各組成部分可能存在的問題，致力于設計出抗震性強、實用性高、經濟性好的橋梁。

參考文獻

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