現階段城市橋梁抗震設計及其相關對策分析

王煥利

摘要：本文主要從橋梁抗震設計的重要性及常見橋梁震害出發，闡述了現階段城市橋梁抗震設計要點，最后對橋梁可行性的防震策略進行了探究分析。

關鍵詞：道路橋梁；抗震設計；分析

一、橋梁抗震設計的重要性及常見橋梁震害

（一）橋梁抗震設計的重要性

近年來，由于地震災害頻繁，導致我國一些受震害波及的城市建筑物結構穩定性都遭到了不同程度的影響。與建筑結構相比，橋梁結構對地震的影響更加敏感，這是因為大部分橋梁都是靜定結構或是低次超靜定結構，一旦某個或是幾個構件出現損壞，便會導致整體結構被破壞，這也是地震災害來臨時，橋梁比建筑結構更顯脆弱的主要原因之一。地震災害對橋梁結構的影響具體表現為兩種形式：其一，場地與結構的相對位移產生的強制變形；其二，場地自身運動導致的結構震動。其中強制變形會對橋梁結構的安全性造成一定影響，而結構震動達到某種程度時，便會引起橋梁結構損壞或是倒塌。為了確保橋梁結構的穩定性、安全性，必須對橋梁抗震設計予以高度重視。

（二）常見的橋梁震害

一般而言，橋梁震害主要有以下類型：

1、支座震害。橋梁支座是整個橋梁結構中最薄弱的結構，由于在結構設計時未能充分考慮抗震要求、支座形式及原材料本身的缺陷、相應的構造措施不到位等，較為典型的破壞形式為支座移位、活動支座脫落等。

2、橋臺震害。當地基承載力部分喪失或完全喪失后，就會引發橋臺滑移及傾斜，一旦某一端的橋臺出現垮塌，便會導致邊跨落梁的嚴重災害。

3、墩柱震害。其表現形式主要有延性的彎曲和脆性的剪切破壞，前者多以開裂為主，且會產生出較大程度變形；后者是造成橋梁垮塌的主要原因之一。

4、基礎震害。根據橋梁震害調查分析，地基失效是引發橋梁基礎震害最主要的原因之一。此外，樁基設計不合理、橋梁上部結構慣性力傳導等也容易引起基礎震害。

二、城市橋梁抗震設計要點

（一）城市橋梁抗震設計原則當前道路橋梁抗震設計中主要遵循“小震不壞、中震可修、大震不倒”的原則，并關按照抗震規范主要采用三水準抗震設防目標以及兩階段設計的要求，其中，三水準設計的要求是在第一水準時，結構處于彈性工作階段，因此可采用線彈性動力理論進行橋梁結構的地震反應分析，以滿足強度要求。在第二水準時，橋梁可能出現一定程度的破壞，但經過修理后仍可繼續使用。在第三水準時，橋梁結構能夠有較大非彈性變形，但仍應控制在規定范圍內。而兩階段設計，第一階段采用第一水準的地震烈度及相關地震動參數，按彈性理論計算地震作用效應與其他荷載組合，對結構進行承載力和彈性變形驗算；第二階段設計取第三水準的地震動參數進行橋梁結構薄弱部位的彈塑性層間變形驗算，同時采用相應的構造措施。

（二）節點抗震設計

節點是連接橋墩和蓋梁的傳力構件，是保證整個結構良好工作的關鍵部位，屬于能力保護構件。因此，對其強度和剛度要求都較高。在橋梁結構中，如果橋墩和蓋梁剛度比較接近，則在地震作用下，結構受到側向慣性力作用，節點核心區箍筋受力很大，容易出現節點剛度退化。一方面會導致節點核心區混凝土剪切破壞；另一方面又會導致橋墩內力重分布，墩底截面彎矩加大，更快達到屈服狀態，降低橋梁結構橫橋向整體的抗震能力。

（三）整體優化設計

從橋梁整體結構上進行抗震分析，包括橋型、上部結構、下部結構、墩臺、基礎的處理等。在構造細節上主要包括一些基本抗震措施，如支座選擇、擋塊設置、墩的箍筋配置、節點配筋構造等等。在確定路線總體走向和主要控制點時，應盡量避開基本烈度較高的地區和震害危險性較大的地段。對于地震區橋型選擇，盡量減輕結構的自重和降低其重心，以減小結構物的地震作用和內力，提高穩定性；力求使結構物的質量中心與剛度中心重合，以減小在地震中因扭轉引起的附加地震力，應協調結構物的長度和高度，以減少各部分不同性質的振動所造成的危害作用，適當降低結構剛度，使用延性材料提高其變形能力，從而減少地震作用。

（四）減隔震設計

1、由于地震力作用力非常大，所以在道路橋梁抗震設計中一般會采用傳統抗震設計和減隔震設計法來去減輕道路橋梁震害，其中，傳統抗震設計是增大構件斷面及配筋，致使結構剛度增大，達到減輕震害的目的；而減隔震設計是采用柔性支承延長結構周期，減小結構地震反應；采用阻尼器裝置耗散能量，限制結構位移，保證結構在正常使用荷載作用下具有足夠的剛度。

2、減隔震裝置的應用，通常減隔震裝置主要有：整體型減隔震裝置包括鉛芯橡膠支座、高阻尼橡膠支座、摩擦擺隔震支座；分離型減隔震裝置包括橡膠支座+金屬阻尼器、橡膠支座+黏性材料阻尼器、橡膠支座+摩擦阻尼器。

三、城市橋梁的防震措施

（一）上部結構抗震措施

實踐證明，加強上部結構的整體性，限制其位移，是提高橋梁上部結構抗震能力的有效措施。對于梁橋，用連續梁替代簡支梁可減少伸縮縫，從而減少因橋跨分離產生位移導致的落梁事故；當采用多跨簡支梁時，應加強梁間的縱、橫向聯系，將橋面做成連續，或采用先簡支后結構連續的構造措施。采用真空壓漿方法，保證預應力管道水泥漿飽滿對提高預應力橋梁的強度和剛度很有幫助。在同一座橋上不宜拱式與梁式橋型混合一起，否則，應將其銜接部位的橋墩予以加強。拱橋主拱圈宜采用抗扭剛度較大的箱形拱、板拱等。

（二）下部結構抗震措施

1、橋臺的抗震防護措施

橋臺胸墻要加強，并加大配筋數量，用來緩沖地震的作用力。在各梁中間和梁與橋臺胸墻中間適當設置彈性墊塊，選取淺基的橋洞和通道來加強下部的支撐梁板，為防止墩臺在地震時滑移，盡量使結構形狀保持四鉸框架。當橋位位置處于液化土或軟土地基時，使得橋梁中線與河流保持正交形狀，并適當增加架橋距離，才能保證橋梁的安全質量。

2、橋墩抗震保護措施

當前，絕大多數橋梁建筑中的結構都是鋼筋混凝土結構，雖然鋼筋混凝土結構具有優秀的抗震性能，但是如果設計不合理，鋼筋混凝土結構在地震的作用下就會造成巨大的破壞。所以，通過一些抗震的措施來保證結構具有抗震所需的延性抗震能力十分重要，其目的是為了在高強度地震中，保證建筑物的結構不被改變和破壞，使建筑物結構的完整與安全得到有效地保障。

（三）連接件的抗震設計

在橋梁結構中，支座和伸縮縫等連接件是橋梁整體抗震性能上的薄弱部位，且梁體位移多發生在伸縮縫位置，所以，在設計中要盡量減少伸縮縫的用量，而選用伸縮縫時，應使其變形能力滿足預計地震產生的位移，并使伸縮縫的支承面具有足夠寬度，同時應設置限位器與剪力鍵橡膠支座使其具有一定的消能作用。

四、結語：

總之，橋梁作為城市交通重要的基礎設施之一，其結構安全、穩定與否事關重大。現階段，我國城市交通壓力日益增強，加強城市橋梁建設能有效的緩解城市交通壓力，那么，如何有效的提高橋梁的質量，進而抵御地震的破壞是當前相關部門需要認真探索的課題。因此，在橋梁抗震設計中要加強抗震設計的研究，積極探索橋梁抗震設計的新方法，以期更好提升城市橋梁的抗震性能。