橋梁抗震設計的技術現狀與發展趨勢

李濤

摘 要：本文從橋梁震災及抗震設計技術現狀出發，就一些典型問題進行分析，具體討論混凝土結構設計，未來橋梁抗震標準以及結構基礎抗震設計以及延性與位移設計及耗能設計發展趨勢等方面，從而為我國的橋梁抗震手段提供部分經驗，促進我國橋梁事業的發展。

關鍵詞：橋梁抗震；設計技術；發展趨勢

中圖分類號：U44 文獻標識碼：A

1.橋梁震災及抗震設計技術現狀

1.1 支撐連接件以及下部結構失效

所謂的支撐連接件失效，即是橋梁當中起到承接力作用的上部結構與下部結構承受的力超出了其承受范圍，從而導致部件與橋體之間發生了相對位移，使得起到支撐作用的部件失去了其應有的作用，橋梁上層部分與下層部分發生了一定程度的分離，較為嚴重的情況下會使得橋梁整個部分相互分隔開來，最終使得橋體出現墜毀崩塌等現象。而產生這一現象的原因，大多是在進行橋梁設計的時候沒有充分地考慮到橋梁相鄰跨之間的相互位移的程度，導致支撐部件的失效。因此，通過增加支撐部件的寬度進而使支撐部件相對穩固。對橋梁設計的不合理以及承力計算的不準確會導致橋梁的橋墩與橋臺部分出現損壞，最開始出現較小程度的裂痕，隨著地震力的傳遞，裂痕逐漸增大，增多，橋墩開裂折斷，進而導致下部結構的失效。若想要解決這種狀況，只能在前期的延性設計以及施工當中保證準確，使結構的彈性得到保持。

1.2 軟弱地基失效

當地震災害發生時，橋梁下部的承載地基會由于地殼的變動發生永久性的變形，這種地基高低與承載能力的變化會使得支撐橋梁的土地部分變得較為柔軟，嚴重者會出現地基沙土化或地基塌陷的現象。這種地理土壤情況的不良變化容易使得橋梁的下部支撐部位發生一定程度的位移，而橋梁下部的不均衡位移更容易導致橋梁表面出現裂痕，進而使得橋梁整體崩塌破壞。地震災害容易使土壤部分出現砂土液化的現象，將固體的土壤狀態轉變成為具有流動性的狀態，噴水冒砂，這種現象使得土壤抵抗剪切力的能力大大下降，使得橋梁建筑下降塌陷，傾斜或傾覆。由于這種狀況的出現大多是由地震的自然災害造成的，很難避免，因此，在橋梁的建設過程當中選擇好建設地址，避免選擇容易出現地基失效的位置進行橋梁的搭設。

1.3 研究技術現狀

由于地震災害對于橋梁的影響十分大，因此，在國內外的一些著名橋梁建設當中，都采取了些抗震加固技術措施。在橋梁的伸縮縫及端部利用接塊或者擋塊進行接縫工作，這樣做可以有效增加橋梁的支撐面厚度以及寬度，減少地震當中橋梁支撐梁掉落的現象。通過對橋梁施加鋼筋混凝土技術，增加橋面的橫向約束能力，降低地震時橋面彎曲的現象發生。增加橋梁的穩定性最重要的是在橋梁設計與建設時采用橋梁抗震技術，例如由美國研究人員提出鉛芯橡膠支座技術，這種技術的采用可以有效增加橋梁上部與下部之間的聯系，最大程度地減少地震發生時橋面與橋梁支撐部件之間的相對位移，避免橋面的崩塌脫落。美國加州的運輸部在菲奈爾多地震當中發現這種有效抗震手段。

2.主要結構設計方式與發展趨勢

2.1 混凝土結構設計

鋼筋混凝土技術是橋梁抗震加固技術的重要手段之一。在我國大多數橋梁的抗震加固設計與建造當中，所采用的大多為鋼管外包加固，加大混凝土截面以及復合材料加固技術。其中，鋼管外包加固對于原料的要求較低，材料花費較少，安全性較高，穩定性較好，耐久度較高，因此，在我國的一些大型橋梁建筑工程中都采用這種技術。隨著科技的發展，復合材料加固技術也在不斷地普及，由于日本的地震較為多發，且該國對于高新技術材料的研究較為先進，因此在FRP復合材料加固的技術研究中也較為領先。日本對于這種高新技術材料的研究實在阪神地震之后，由于當時的地震造成的人員損失較多，使得相關研究單位對于FRP的研究激增。采用鋼筋混凝土技術時，需要注意，應當確定相應的混凝土構件以及承載能力的極限，這種分析方法是必須的，但我國在這一方面相對落后，因此需要加大研究力度，增加我國橋梁建筑工程在地震當中的穩定性。

2.2 未來橋梁抗震標準以及結構基礎抗震設計

隨著未來橋梁設計技術與抗震技術的發展，需要考慮到各個震級下橋梁的穩定性情況進行抗震標準的規劃。不能僅僅采取單一的抗震設計結構與評測水平。橋梁的基礎結構是橋梁抗震穩定的關鍵所在，只有保證基礎結構的穩定與抗震水平達到標準，才能保證地震災害發生時橋梁所受的物理性損害降到最低，雖然這方面的設計工作的難度較大，但是，卻是絕對不能忽視的。在美國已經成立了相關的組織體系進行橋梁基礎結構的設計教學，并執行相應的標準與規范，我國在這一方面的工作還不健全，體系還存在漏洞，更需要加大力度進行完善與彌補，促進我國橋梁事業的發展。

2.3 延性與位移設計及耗能設計發展趨勢

延性與位移設計既是一種設計手段，又是一種設計參數，通過這種合理的設計，增加橋梁的上層部位與下層部位的延展性與穩固性，降低地震災害發生時兩者之間的相互位移，是一種有效的抗震設計手段。這種強度設計方法在諸多的研究專家的建議下將其作為橋梁位移的設計參數，按照這個參數確定橋梁的抗震穩定能力。而作為橋梁抗震的重要技術手段，減震與隔震技術被明確規定要加入橋梁的設計當中，橋梁建設與維護對于能源的消耗也較為龐大，因此，耗能技術的規范也被明確起來。隨著科學技術的不斷發展，諸多研究人員對抗震技術隔震技術的研究也在不斷地加深。通過未來的發展，采用最新的技術發揮其抗震功效，能最大程度地增加橋梁的穩固性與抗震性。

結語

通過對一些國內外的地震災害進行分析，進而對一些著名的橋梁設施的抗震加固技術進行闡述，分析現狀，并就未來的發展趨勢做出一個合理的預測，從而為我國的橋梁抗震設計提供相應的經驗，力求減小地震自然災害對于橋梁的影響，保護人民生命財產安全。

參考文獻

[1]重慶交通科研設計院.橋梁抗震性能評價及抗震加固技術研究可行性研究報告[R].2002.