橋梁地震危險性分析的原理和方法

包清林

摘 要：隨著社會的發展與技術水平的提高，公路橋梁工程得到了飛躍的發展。但是在橋梁工程施工過程中，抗震設計是至關重要的環節，是當前工程師非常重視的問題。在實際工作中，我們只有對地震的危險性以及橋梁的抗震性能進行全面的分析，才能夠有效的提高橋梁的抗震性能。本文從橋梁工程的危害出發，淺要闡述了橋梁工程的地震危險性分析方法，以供相關技術人員參考。

關鍵詞：橋梁工程；地震危險性；抗震設計；分析原理；方法

公路交通作為城市的基礎設施，它的建設與發展在很大程度上加快了城市化的進度。我國地處地震多發帶，特別是近幾年來，我國地震災害頻繁發生，不僅毀壞了地面上各種建筑物與基礎設施，直接威脅到人們的生命財產安全，還造成交通的中斷，造成了巨大的經濟損失，阻礙了社會經濟與國民經濟的健康發展。公路交通是國家抗震救災的生命線工程之一，如果受到了損壞，就會導致后續救援工作無法進行，這就造成了更大的經濟損失。另外，我國在建設道路工程的過程中，仍然采用的是《公路工程抗震設計規范》，這一規范要求由于比較單一，并且規定中并沒有根據實際情況以及構造措施來防止橋墩等構件的破壞，也沒有對橋梁結構的延伸性予以保證，因此已經不能夠滿足當前工程的建設需要。因此我們必須要在實際工作中，通過總結與歸納，采用有效的分析方法來提高橋梁工程的抗震能力，以此來避免地震造成更大的經濟損失。

1 橋梁工程的地震危害

我們從國內外的地震因素對橋梁結構的危害進行分析，很多橋梁工程都會受到各種損壞，以下簡單介紹了地震因素對橋梁工程各個部位產生的危害。

1.1 對橋臺產生的危害。這一危害主要表現為：（1）橋臺與路基共同作用，會一起移動到核心，導致橋頭、樁柱等各個部位受到不同程度的影響，例如不均勻沉降、裂縫、傾斜、折斷等；（2）由于橋頭出現沉降，導致橋梁工程的翼墻出現損壞，并且產生不同程度的裂縫，這就導致整個橋臺而機構下沉，最終無法正常使用。

1.2 對橋墩產生的危害。如果橋梁結構在施工過程中沒有對地震危險性以及抗震性能進行合理的分析，當發生地震時，橋梁工程的橋墩就會出現各種問題，例如傾斜、不均勻沉降、滑移、折斷等。

1.3 對支座產生的危害。我們對當前的各種橋梁工程進行分析與總結，結果發現在一些橋梁的支座設計當中，工程師并沒有考慮到工程的抗震性能，例如在施工過程中沒有采用合理的支座形式、選用的建筑材料質量不合格、構造措施不足等，如果發生地震，橋梁結構的支座就會因為作用力的影響而出現不同程度的變形或者位移，存在較大的安全隱患。

1.4 對地基或者基礎部分產生的危害。當發生地震時，地震的作用力就會導致橋梁地基中的土層液化，這就導致土層的穩定性不足，最終造成不均勻沉降、變形、斷裂、滑移等問題的發生。若是較為嚴重的地震災害，那么就會直接導致橋梁的地基或者基礎部分發生坍塌，不僅加大了維修與加固的難度，還需要投入大量的人力、物力與財力。

1.5 對橋梁結構產生的危害。這一危害一般都是由上述幾種危害綜合而形成的，其主要表現也就是橋梁的柱梁發生墜落，這是橋梁結構中最嚴重的一種地震危害。

2 輸入地震動參數的確定

地震危險性分析計算原理：

設有N個統計區對場點的地震危險性有貢獻，相應于第對個統計區的場點地震動年超越概率為Pn，則場點總的地震動年超越概率為

地震統計區是地震活動性分析的基本單元，它應具有統計上的完整性和地震活動趨勢的一致性。地震時間過程符合分段的泊松過程，t年內平均發生率為V1，則其中Pkt為統計區內未來t年內發生K次地震的概率：

統計區內大小地震的比例遵從修正的Guternberg-Richter震級頻度關系，相應的震級概率函數為

其中，β=b*Ln 10，Mμ為統計區的震級上限。

根據分段泊松分布模型和全概率定理，一個統計區內所發生的地震在場點所產生的地震動（A）超越給定值（a）的概率為

其中，P（mj）為統計區內地震落在震級檔mj±0.5Δm內的概率：

由以上兩式可得

式中即為計算一統計區內發生的地震在場點產生地震動的年超越概率公式。其中P（A≥a「E）為第i個潛在震源區內所發生的一特定的事件（震級為mj±0.5Δm及橢圓長軸走向均確定）時場地地震動超越a的概率。fi（0）為第i個潛在震源區橢圓長軸走向的取向概率。式中的地震活動性參數，如年平均發生率對及產值都是在統計區范圍得到的。式中的震級上限也是指統計區的震級上限，而不是某一確定的潛在震源區的震級上限。

關于危險性分析中衰減關系殘差項的不確定性校正，采用通用的校正公式：

3 橋址地震反應計算與地震動參數

3.1 地震反應計算

用一維等效線性波動法對4個控制點進行土層地震反應計算。給出各孔地面三種概率水準下的加速度時程和峰值加速度表3，并計算相應的加速度反應譜。用FFT技術給出各點地面三種概率水準下的速度時程和峰值速度。由于每個孔在同一概率水準下有3條地震動輸入波，所以每個孔有3組地面運動參數，取平均值作為控制點的輸出，得到4個孔位的地面峰值加速度和峰速度以及加速度反應譜。

3.2 設計地震動反應譜的雙參數標定

我國一般工業與民用建筑的抗震設計方法仍建立在反應譜理論的基礎上，為便于工程應用，設計反應譜上3個頻段之間的分界點是十分明確的，但事實上，地震反應譜拐點周期是不明確的；就一條強震記錄而言，反應譜拐點是模糊的；就不同的記錄（同一地點的不同記錄或同一地震不同地點的記錄）而言，拐點周期可能變化很大。研究表明，用地震動峰加速度和峰速度值標定設計地震動反應譜更為合理。本文采用設計地震動反應譜的雙參數標定模型。

抗震設計的加速度反應譜一般表示為

用比值V/a標定β（T）的模型為

式中，i為強震記錄數，T3=3s，a為峰加速度，v為峰速度。

為確定式中的常數b1，b2，b3，r，要求目標函數

為最小。選用世界范圍內254個觀測點的500條水平向強震記錄，所有水平峰加速度a≥0.05g，接式的要求，用搜索法求得：

b1=1，b2=2.25，b3=10，r=1

將式（20）代人式（18），則得拐點周期T1和T2的標定式，T2即為特征周期。

4 結束語

總而言之，對橋梁工程的地震危險性分析是一項非常復雜的工作環節，其中所需要涉及的學科非常多，工程師首先需要對橋梁工程的震害進行全面的分析與了解，然后通過分析來提高橋梁工程的抗震性能，并逐步完善橋梁結構的各項功能構造。另外，在分析過程中，工程還需要從當前我國公路橋梁的特點以及實際情況出發，不斷探索與創新，尋找一項適用于我國公路橋梁工程的抗震加固技術，以期提高橋梁結構的抗震性能，達到抗震的效果。

參考文獻

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