淺談橋梁抗震設計

楊凱翔

【摘 要】地震對公路、橋梁的破壞主要是由于地表破壞和橋梁受震破壞引起的，橋梁由于受到地震而產生水平和豎直振動，造成橋梁構件的破壞，甚至使橋梁倒塌。因此，在設計階段就要重視公路橋梁的抗震設計，以保證橋梁建成后的安全運行，本文主要對橋梁抗震震害分析和橋梁抗震加固等內容進行闡述，供大家參考與交流。

【關鍵詞】公路橋梁；震害分析；抗震措施

0 概述

橋梁工程是公路工程的關鍵樞紐，在保障公路暢通中起著決定性的作用。我國國土遼闊，處于多個地震板塊，這些年地震頻發，我國公路橋梁在地震中遭到了不同程度的破壞，給國家和人民帶來巨大的安全隱患和經濟損失，因此橋梁工程的重要性越加突出，如何對公路橋梁進行有效的抗震設計、提高橋梁的抗震能力顯得尤為重要。根據近年來地震后公路橋梁破損情況，本文主要對橋梁震害及抗震措施方面進行了簡單分析與探究。

1 橋梁震害分析

1.1 地基產生相對位移引起橋梁結構的變形

當地震發生時，震源產生的地震波通過地殼逐漸傳遞到深層基巖，再傳遞到地基表層，橋梁下部結構周圍的地基受到地震震動逐漸松動，在淺層的飽和或疏松砂土處，地震作用易引起砂土液化，造成土層或巖層地基發生壓密下沉，引起基礎底面各部位下沉量不均等的地基沉陷，使地面發生較大的變形，橋梁基礎也隨之發生位置偏移、斷裂等現象，造成橋梁整體錯位，墩臺結構出現傾倒、斷裂等震害，下部結構的破壞往往引起一系列的連鎖反應，從而破壞主體結構如落梁、整個結構的坍塌等，給震后修復工作造成了巨大的困難。

1.2 橋梁在地震力作用下引起的結構破壞

橋梁最嚴重的震害現象主要是梁體的墜落，落梁的發生主要是因為橋臺、橋墩傾斜、倒塌，支座破壞，梁體之間相互碰撞，相鄰橋墩之間發生過大的相對位移所引起的。在地震力作用下，橋梁上部結構的橫橋向慣性力大部分通過擋塊傳遞到橋墩及其基礎。所有， 擋塊的阻擋能力來控制傳遞到橋墩或橋臺的橫向地震力，也就是說橫橋向橋墩或橋臺的破壞是由擋塊的阻擋能力控制。橋墩和橋臺如果不能抵抗自身的慣性力和由擋塊傳遞來的上部結構的地震力，就會開裂甚至折斷，其支承的上部結構也將遭受嚴重的破壞。鋼筋混凝土柱式橋墩大量遭受嚴重損壞，是近期橋梁震害的一個特點。其原因主要是橫向約束箍筋數量不足和間距過大，因而不足以約束混凝土和防止縱向受壓鋼筋屈曲。目前的解決辦法是通過能力設計和延性設計，使橋梁的屈服只發生在預期的塑性鉸部位，其余結構保持彈性；有些橋梁在支座的設計中，并沒有充分考慮到抗震的需求，所以在支座形式和材料的選擇上存在著缺陷，在連接與支擋等構造措施上存在不足，從而造成如支座錨固螺栓拔出、剪斷、活動支座脫落及支座本身構造上的破壞等，并由此導致結構力的傳遞形式的變化，進而對結構的其他部位產生不利的影響。縱坡大的橋梁沒有縱向限位設計，從而在地震發生時容易造成支座滑脫、防震擋塊受到破壞，出現落梁。

發生地震后橋梁破壞的形式往往是相互影響，緊密聯系的，基于對于上述震害問題的研究，廣大的設計人員作為建設工程的重要參與者更應高度重視。

2 橋梁抗震措施探究

通過分析橋梁震害后可以看出，地震產生的地震力對橋梁的破壞不僅與橋梁的結構本身密切相關，還與橋位處的場地、地基及地形地貌緊密聯系。在橋梁的設計階段，除了對橋梁進行詳盡的抗震設計計算外，橋位選擇、橋型選擇、結構體系布設、結構構造設計等方面也對橋梁抗震起著至關重要的作用。

2.1 橋位場地的選擇

一定要將橋址選擇和調查工作做到位，除了解區域性的地震烈度外，還應結合局部地區地形、地貌、地質條件、工程規模及橋梁震害的經驗，以便為采取抗震措施提供依據。基于橋址處場地的地質和地形條件，首先考慮地質穩定的河床，應盡可能避開地質情況變化較大、巖土松散、可液化土層、軟弱粘土層、溶洞暗河、等不良地質，以及地震后有可能發生的山體的滑坡、崩塌和泥石流等次生災害的地段。

2.2 橋梁孔徑的布置

橋孔宜選用對抗震有利的等跨布置，橋軸線盡可能設計成直線，避免高橋墩和大跨徑的組合；適當增加橋長，使橋臺位于穩定的基礎上，盡可能使橋梁位置正交于河流，從而避免由于橋梁與河流斜交所造成的橋墩處河流沖刷加劇，對橋梁下部產生不利因素。

2.3 橋梁結構抗震措施

如果地基地質條件允許，盡可能采用整體性強的重力式橋臺，對于柱式橋臺和肋板式橋臺，為保證基礎密實度，應先填土壓實再成孔。利用橋墩的延性減震是目前比較常用的橋梁抗震設計，墩柱的箍筋間距對延性影響很大，間距越小其延性越大，在橋墩塑性鉸區域及緊接承臺下樁基的一定范圍內，可以采取箍筋加密的方法來增加延性，從而起到抗震作用。結構體系的合理與否，直接關系到結構各部位的地震作用大小，理想的橋梁結構應是越簡單和越規則越好，傳力途徑要短，受力要簡明。橋梁的結點區域一旦受損將會難以修復，橋墩與基礎的結點、橋墩與蓋梁的結點都是影響整個橋梁正常工作的重要結構，所以在橋梁抗震設計中，不但要保證梁體、橋墩具有足夠的延性和承載力外，還應保證橋梁結點部位具有足夠的承載力，避免結點應地震作用過早受到破壞，從而使橋梁主體結構受到重創。

2.4 常見的公路橋梁抗震措施

常見的公路橋梁主要有梁式橋、拱橋、及剛架橋三種類型。對于梁式橋而言，宜并采用橋面應連續，盡可能少用伸縮縫，降低落梁的可能性；橋跨應盡量布置成小跨徑、橋臺和橋墩應與橋軸線垂直。設計及施工中需要注意地震中梁體縱橫向位移，設置橫向擋塊距離及縱向柔性擋塊限位器，必須滿足地震時梁體位移的要求。橡膠支座、減隔震支座以及塑性鉸等消能裝置的推廣對于梁式橋在今后地震中能簡單修復即可使用起到很好的效果。

對于拱橋，應采取以下兩種方式來提高抗震性能。一是，通過拱橋自身結構的抗震能力和延性抗震能力來抵御地震發生時所產生的地震波作用，并吸收部分地震能量。二是，采用結構振動控制技術，通過改變結構系統的動力學特性或阻尼耗散性能來提高和改善拱橋結構的抗震能力。

對于剛架橋梁，主要采取以下措施來提高自身抗震性能。提高橋梁自身結構延性抗震設計，主要有上部結構和基礎的彈性，墩柱自身的延性設計，墩柱基礎以下結構的彈性設計。

3 結語

近百年來國內外許多地震給橋梁帶來了巨大的災害，同時也推動了橋梁抗震的各項研究工作。通過分析大量地震過后橋梁的損壞形式，促使人們在抗震設計方法上做了進一步的改善，從單一的強度抗震設防原則轉入對結構減、隔震的研究，以及隨后主動、半主動控制研究，在抗震技術上取得了豐碩的成果。經過抗震設計，采用抗震技術的橋梁在地震中表現良好，說明了科學合理的抗震措施是減輕地震災害的最有效的方法。

【參考文獻】

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[2]JTG B02-2013 公路工程抗震規范[S].

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[責任編輯：田吉捷]