簡析橋梁震害成因與抗震設計

文/池旭海 北京市通州市政工程設計有限公司 北京 101101

1、橋梁震害分析

根據大量研究與調查我國震例以及橋梁結構抗震性能可發現，我國橋梁震害主要有如下幾種：

（1）地基基礎破壞。導致地基破壞原因通常是因為穩定性差、不均勻沉降等，而這都有可能會導致出現地層下沉、斷裂以及水平滑移等現象進而對結構物造成破壞。地基破壞以及基礎破壞息息相關，如若地震影響到結構周圍地基，則會降低結構強度，極易導致基礎滑移或沉降情況發生，還可能致使傾斜或是剪斷等情況出現，嚴重的還會導致墩臺折斷、傾斜或是倒塌。

（2）橋臺沉陷。地震出現時，如無完全固結橋臺及其后填土，則縱向壓力及被動土壓力會變大，并逐步由橋臺移動至橋跨方向。

（3）墩柱破壞。該現象往往是因為彎曲強度小、剪切強度小以及彎曲延性差等原因導致，而其往往會引發連鎖反應。

（4）支座破壞。受到地震作用力影響，支座錨固螺栓可能會出現剪斷、拔出等情況，從而改變了結構力傳遞方式。

2、地震對橋梁的破壞性分析

地震所引起的地面振動是一種復雜的運動，它是由縱波和橫波共同作用的結果。在震中區，縱波使地面上下顛動，橫波使地面水平晃動。地震是自然界中一種突發性的嚴重災害，具有典型的偶然性和短暫性。

（1）場地和地基的破壞作用

當地震發生時，首先是場地和地基破壞，從而產生橋梁破損并引起其他災害。地震發生后，橋梁的破壞形式一般表現為：橋臺錐體、墩周鋪護開裂，甚至滑移；墩臺身位移，支座錨栓剪斷，嚴重時產生落梁現象；砂土液化，橋墩下沉；墩臺身開裂，嚴重時橋梁倒塌。

（2）場地的振動作用

場地的振動作用是指由于強烈的地面運動引起橋梁的振動而產生的破壞作用。強烈的地面振動是引起橋梁破壞的最普遍和最主要的原因，同時也是引發其他地震破壞如地基失效、滑坡和坍塌等的外部條件。

3、橋梁結構抗震設計

在經濟發達的現代社會，人口密集，地震災害的出現不僅帶來了巨大的經濟損失，還嚴重威脅著人們的生命安全。隨著我國經濟的快速發展以及綜合實力的大幅度提高，在目前橋梁建設與規劃過程中，對橋梁結構抗震性能越來越為重視。在不斷提升的理論分析與實踐積累過程中，為了提升橋梁結構的抗震性能，降低地震造成的損失，不斷了對抗震設計規范進行了修訂與完善，以此規范橋梁結構抗震設計，全面提升我國橋梁抗震能力，從而實現橋梁更高的社會價值與綜合效益，為我國經濟可持續發展奠定牢固的基礎。

3.1 對橋梁形狀進行合理設計

直線形的橋梁形狀是較為科學的形狀，并且還需保證各橋墩柱高度相同，從而可以切實維護橋梁的穩定性和牢固性。不僅如此，一般斜橋或彎橋其結構形狀是彎曲的，所以一旦發生地震地質災害，則極易產生變形，加上情況較為復雜，大大增加修復橋體困難。并且，因為不是直線形橋，其橋墩柱高度都有所不同，這就導致其受力均衡受到影響，如若出現不平衡受力情況，則會對橋墩柱的牢固度造成影響。

3.2 整體科學布局

一個良好的整體結構有助于橋梁獲取較理想抗震性能，為此筆者建議設計單位應當做好整體科學布局。

（1）上部結構應采取連續性整體結構，無條件時應加強橫向聯系。

（2）科學的設置橋梁跨度，避免出現不合理的橋跨組合。同時為了讓橋梁在強震作用下能夠使得各橋墩柱合理承受震動災害力，設計人員應在各墩柱部位采取彈性支座，保證它們強度滿足規范要求。

（3）橋梁基礎推薦選用樁基礎，經計算滿足摩擦樁或端承樁的承載力要求，考慮地震作用，達到配筋要求。

（4）在地震頻發區域橋梁設計中還需重點考慮落梁問題，對此在其設計上設計人員應當在方案中選擇適宜的落梁控制結構。

3.3 現階段比較流行的抗震設計

（1）抗震支座（圖1）

抗震支座是目前使用最多的一種抗震方法。該方法能有效提高橋梁柔性和阻尼，進而減輕地震對橋梁的作用力。主要工作原理是：使用抗震支座與墩、臺接觸面，來提高結構的柔性及阻尼。目前通過大量工程實踐得出，該方法效果較好，且性能比較穩定，可以長期作為橋梁抗震方案的選擇。此種方法可以有效降低水平地震力對于橋梁的作用，徹底減輕地震對橋梁的傷害，保證橋梁安全運行。同時亦采用抗震支座和阻尼器結合來提高抗震性。兩者可以結合在一起，共同提高橋梁的抗震性能。

（2）抗震錨栓（圖2）

抗震錨栓是一種增強梁體與墩臺結構聯系的結構，通常由簡單的鋼筋或復雜的型鋼組合來實現。其抗震的效果雖不如抗震支座，但工藝較簡單，工程經濟性較好，采用較為廣泛。

(3)防落梁設施（圖3）

防落梁措施是一種比較寬泛的說法，其表現形式跟抗震錨栓類似，一般實現形式為鋼結構防落梁擋塊或混凝土擋塊來實現，工程經濟較好，采用較為廣泛。

圖1

圖2

圖3

結語：

地震力是一種復雜的作用力，設計過程中往往采用多種措施綜合使用才能收到較好的效果，這點在橋梁設計中尤其重要。因此我們在橋梁設計過程中更要認真分析結構的地震響應和特性,設計有效的抗震措施以達到結構的防震和抗震效果,以便提高和完善橋梁結構物的抗震性能,這對交通運輸行業的經濟性和社會效應性同樣有益。

參考文獻：

[1]《公路工程抗震規范》JTGB02-2013

[2]《公路橋梁抗震設計細則》JTG/TB02-01-2008