淺談橋梁抗震設計

潘東宏

【摘 要】隨著橋梁技術的發展，橋梁在公路中所占比重越來越大，地震力對橋梁安全的影響越來越引起橋梁工作者們的注意。在橋梁的設計、施工、監理中嚴格執行橋梁各種相關規范，合理采用橋梁抗震構造措施，適當采用減隔震技術對于保證橋梁結構滿足抗震設計要求是十分必要的。本文對橋梁抗震設計進行了探討。

【關鍵詞】橋梁；抗震；設計；策略

為了有效提高橋梁的質量、避免橋梁在地震等災害中造成一定程度的損失，必須加強橋梁的抗震設計、這就需要橋梁設計工作者首先加強橋梁抗震設計的重要性，其次要積極探索橋梁抗震設計的方法、通過不斷完善自己的設計作品，更好地服務于公路建設，為人們更好的生活提供保證。

一、明確橋梁抗震設計的重要性

如今，世界范圍內的地震次數越來越多，很多國家為了使地震災害降到最低程度，都在不斷探索橋梁的抗震設計，不斷普及橋梁抗震設計的重要性。當然，在了解橋梁抗震設計的重要性的同時，我們更要清楚的了解橋梁震害的主要原因。只有找到原因，才能找到解決問題的方法。

1、橋梁結構缺乏防震設計

現在的橋梁一般都是梁式的，這種形式的橋梁通過地震產生位移之后，便會形成橋梁上部活動節點地方因蓋梁寬度設置不當而造成落梁或者梁體相互磁撞引起的破壞。對于拱式結構的橋梁，如果沒有進行抗震設計，那么主要破壞的是拱上建筑和腹拱。位于拱頂和拱腳部分的拱圈會產生裂縫，也可能是整個拱隆起變形。

2、橋梁地基缺乏抗震設計

如果橋梁地基土受到地震的影響，那么不僅會加大地震的位移，也會放大橋梁結構的振動反應，從而造成落橋。有些橋梁在建設過程中會采用排架樁基礎，這會造成樁基的承載力降低，進而導致橋梁橫向或者豎向移動。除此之外，如果在建設橋梁時沒有修建穩定的地基，地震時便會因部分地基液化失效而引起結構物的整體傾斜，從而造成落橋。

3、橋梁支座缺乏抗震設計

在地震力的作用下，如果橋梁支座沒有進行抗震設計，必然會導致橋梁構造上連接的不足。或者在進行橋梁支座施工時，沒有按照實際情況配置合理的支座型式、沒有采用質量合格的建筑材料，也會導致橋梁支座發生過大的位移和變形，甚至會造成支座的螺栓拔出、剪短等各種形式的破壞。

二、地震對橋梁的破壞原因分析

1、橋臺

往往在地震發生后，橋臺與路基會發生滑移的情況，從而導致樁柱式橋臺的樁柱出現傾斜、拆斷和開裂的現象。而一些重力式橋臺，在地震發生時，往往會出現胸墻開裂及臺體移動等情況，同時橋頭引道也會發生沉降，施工縫錯開等。

2、橋墩

橋墩破壞主要表現為橋墩沉降、傾斜、移位，墩身開裂、剪斷，受壓緣混凝土崩潰，鋼筋裸露屈曲，橋墩與基礎連接處開裂、折斷等。

3、 支座

由于橋梁支座在設計時對抗震性能考慮不周，因此在地震作用下，支座會出現較大的位移和變形，很多時候極易導致支座錨固螺栓剪斷及支座脫落、破壞等情況發生，使結構力在傳遞形式上發生較大的變化，從而使其他結構部位發生損壞。

4、主梁

地震力作用下，橋臺、橋墩等出現傾斜及倒塌等情況，從而導致支座受到不同程度破壞，梁體發生碰撞，嚴重時會導致主梁發生墜梁。

5、 地基與基礎

橋梁在地震力作用下出現倒塌，多數情況下是由于地基與基礎受到嚴重破壞所導致的，而且這種情況下要想在地震后對橋梁進行修復也存在較大的難度。在地震力作用下，地基砂土會出現液化、基礎沉降及穩定性較差等情況發生，而且地面也會有較大的變形出現，從而導致地層出現不同程度的滑移、下沉等，最終地基受到較大的破壞。

6、 橋梁結構

當地震發生時，橋梁結構構造及連接會出現不同程度的損壞，而且橋臺臺后填土也會出現較大的位移，這就會導致橋臺出現不同程度的沉降，橋墩會由于受到過大的扭矩而被破壞，從而導致橋梁結構破損。

三、提高橋梁抗震設計的策略

1、抗震設防標準。這是橋梁結構抗震設計的最基本問題。過去的幾十年的時間里，研究者和工程師都提出分級抗震設防的原則：即小震不壞；中震發生有限的結構或非結構構件的破壞；大震發生嚴重的結構和非結構構件的破壞，但不產生嚴重的人員傷亡；而在可能襲擊工程場地最嚴重的地震作用下，結構不倒塌。這些基本的結構性能目標今天被大多數的設計規程所采用。但傳統的作法是，只針對單一的地震作用水平進行結構的抗震設計。現在的問題是針對每一個目標都結出相應的具體設計程序。這樣一來，就需要對目前實際上還是單一水準強度抗震設計原則進行修訂，采用多水準、多設防目標和多階段的抗震設計原則。

2、構造細節。橋梁結構抗震設計中的許多問題目前還不能完全通過定量化方法加以解決。因此根據震害經驗、概念設計和定性研究的結果提出構造細節方面的要求，對保證橋梁結構的抗震安全十分重要。美、歐等國家的橋梁結構抗震設計規范和準則都已十分重視這一點。我國現行的《公路工程抗震設計規范》在這方面明顯不足，新編的《城市橋梁抗震設計規范》將特別注意這方面的問題。

3、延性和位移設計。傳統的橋梁抗震設計采用強度設計方法，即使考慮到延性和位移，也是通過強度指標間接地實現。現在人們越來越認識到了位移在橋梁結構抗震設計中的重要性，很多研究者和工程師建議在抗震設計中直接使用位移為設計參數，這樣就將形成多參數抗震設計方法：在這方面，各種非彈性反應譜的研究和應用工作一直在進行。一些建筑結構抗震設計指南和準則已經引入了位移設計的概念和方法。

4、 對常規的簡支橋梁結構應加強橋面的連續構造，以及需提供足夠的加固寬度以防止主梁發生位移落梁，另外還應適當的加寬墩臺頂蓋梁及支座的寬度，并增設防止位移的隔擋裝置。對采用橡膠支座而無固定支座的橋跨，應加設防移角鋼或設擋軌，作為支座的抗震設計。

5、在地震區的橋梁結構以采用跨度相等、每聯連續跨內下部墩身剛度相等為宜。跨度不均，墩身剛度不等極易發生震害。對各墩高度相差較大的情況可采用調整墩頂支座尺寸和樁頂設允許墩身位移的套筒來調整各墩的剛度，以便使剛度盡量保持一致。地震區橋跨不宜太長，大跨度意味著墩柱承受的軸向力過大，從而降低墩柱的延性力。

6、對高烈度區的橋梁設計應在縱向設置一定的消能裝置，如采用減、隔震支座，以及在梁體和墩臺的連接處增加結構的柔性和阻尼以便共同受力和減小水平橋梁荷載。

7、由于拱橋對支座水平位移十分敏感，而兩邊橋臺的非同步激振會引起較大的偽靜力反應，有時甚至會大于慣性力所引起的動力反應，因此要求震區的拱橋墩臺基礎務必設置于整體巖盤或同一類型的場址以保證震時各支座的同步激振。

8、 墩柱設計中應盡可能的使用螺旋形箍筋，以便為墩柱提供足夠的約束。另外墩身及基礎的縱向鋼盤伸入蓋梁和承臺應有一定的錨固長度以增強連接點的延性，并且，橋墩基腳處應有足夠的抵抗墩柱彎矩與剪切力的能力，不允許有塑性鉸接。

9、采用上部結構和橋墩完全連接的剛構體系，并且樁尖穿過可液化層達到堅硬土層上，由于結構的超靜定次數增大和堅實的樁尖承載能力的保證，減少了由于土壤變形而失效的可能性。

總而言之，地震作為自然災害，目前還無法準確的進行提前預測，但我們可以提前采取相應的預防措施，以減少地震所帶來的損失發生。所以在橋梁設計時，需要充分的考慮到地震對結構所帶來的破壞規律，針對具體的地質環境條件來制定科學、合理及經濟的抗震措施，盡可能的降低地震所帶來的影響。

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