淺議橋梁的防震設計重要性

黃永強

淺議橋梁的防震設計重要性

黃永強

（四川恒盛路橋勘察設計有限公司，四川 攀枝花 617000）

想要實現橋梁建設質量的提高、防止橋梁在地震等災害中造成一定程度的損失，最主要的方法是提高橋梁的抗震設計。橋梁抗震設計工作對于整個橋梁的使用和后續維護工作具有重要意義，可以提高橋梁抗震設計的整體水平，進一步提高橋梁的抗震效果，實現橋梁建筑穩定性的提升，進而保證道路交通的安全性和順暢性。本文主要分析橋梁抗震設計的重要意義，分析其中存在的不足，總結橋梁抗震設計的主要方法和對策，為今后橋梁防震設計工作提供一定參考。

橋梁；防震設計；重要性原則；方法對策

0 前言

我國屬于地震多發國家，一旦發生重大災難，橋梁的穩定性和抗震能力可以有效的保證經濟效益及生命財產安全不受大的損害。所以，怎樣強化橋梁的抗震設計，提高其抗震設計質量是我們今后工作的重點。

1 橋梁震害概述

1.1 上部結構的震害

橋梁上部結構受地震的破壞影響較大，如果下部結構無效或者支承連接無效會影響橋梁主體結構，導致裂縫的出現、梁體出現扭曲，在毀壞性地震發生過程中經常會出現主梁位移或者落梁等狀況，落梁會對橋梁主體產生嚴重的破壞性。地震發生時，橋梁上部結構比較容易受到影響的部分，是需要我們在今后的設計工作中盡量避免的。一般情況下，橋梁發生落梁的情況大部分都發生在沿著橋向的方向，發生落梁概率的情況達八成以上，梁端碰撞橋墩的側面，嚴重破壞到下部結構的橋梁體，進而有可能造成更為嚴重的震害。

1.2 下部結構的震害

下部結構的震害是因為遭到比較大的水平地震力的作用，瞬間重復震動在相對比較薄弱的橫截面造成毀壞導致的,橋梁大規模范圍使用的柱式墩是由鋼筋混凝土構成，以前的地震毀壞經常發生在柱身或者蓋梁下部的連接位置，經常發生鋼筋從淺基里拉出、鋼筋彎曲暴露在空氣中、受壓邊緣的混凝土崩潰，進而造成過大的變形和損壞。鋼筋相對比較柔的混凝土橋墩的破壞方式通常屬于彎曲類型,如果打算增加該種結構類型的抗震性能不能僅僅增加承載力的強度和韌性，而是提升鋼筋混凝土的結構延性讓它能夠經受比較大的塑性變形，并且盡量避免產生損傷累積的效應。

2 橋梁抗震設計的重要性

隨著社會交通形勢的日漸嚴峻，多樣化的出行需求對于道路交通設置和規劃的要求也逐漸增高，如今，世界范圍內的地震次數越來越多，很多國家為了使地震災害降到最低程度，都在不斷探索新的抗震方法。對于交通方面來說，橋梁的抗震設計會對整個交通領域的安全性起到較大影響，橋梁的抗震設計會直接提高橋梁在經歷地震災害時的穩定性，保證橋梁本身及周邊的道路通行安全。作為橋梁設計工作人員，要不斷普及橋梁抗震設計的重要性。當然，在了解橋梁抗震設計的重要性的同時，我們更要清楚的了解橋梁震害的主要原因。

2.1 橋梁結構缺乏防震設計

現在我們常見的橋梁一般都是梁式的，這種結構的橋梁在發生地震后出現位移，很有可能會出現橋梁上部結構因蓋梁寬度設置不合適而出現落梁或者梁體互相碰撞形成的破壞。在拱形結構橋梁設計工作中，抗震設計如果不夠合理，最先破壞的部分就是拱上建筑和腹拱部分。位于拱頂和拱腳部分的拱圈會產生裂縫，也可能是整個拱隆起變形。

2.2 橋梁地基缺乏抗震設計

如果橋梁地基土受到地震的影響，那么不僅會加大地震的位移，也會放大橋梁結構的振動反應，從而造成落橋。有些橋梁在建設過程中會采用群樁基礎，這會造成樁基的承載力降低，進而導致橋梁橫向或者豎向移動。除此之外，如果在建設橋梁時沒有修建穩定的地基，地震時便會因部分地基失穩而引起結構物的整體傾斜，從而造成落橋。

2.3 橋梁支座缺乏抗震設計

在地震力的作用下，如果橋梁支座沒有進行抗震設計，必然會導致橋梁構造上連接的不足。或者在進行橋梁支座施工時，沒有按照實際情況配置合理的支座型式、沒有采用質量合格的建筑材料，也會導致橋梁支座發生過大的位移和變形，甚至會造成支座的錨栓拔出、剪斷等各種形式的破壞。

3 橋梁震害的毀壞類型

3.1 支座毀壞

橋梁支座聯系著橋梁體和橋墩，是二者傳力的重要部位，如果它被毀壞將直接影響著橋墩和橋梁體。然而，歷年多次地震當中支座發生破壞是非常常見的，由此我們可以看到，支座在整體橋梁的抗震能力方面屬于其中的最為薄弱的環節，支座的毀壞類型大致有以下幾種，剪斷、支座的錨固螺栓被拔出、支座自身結構發生毀壞、活動支座掉落等，而且同時伴隨支座墊石混凝土碎裂、尤其是在支座移位、脫落、傾倒之后，傳遞結構力的形式產生變化，進而會影響橋梁其他結構位置的抗震性能，這樣便導致橋梁震害帶來的負面影響更深一步惡化。

3.2 落梁

梁間毀壞、支座損壞、梁的長度不能滿足支撐、臺﹙墩﹚與梁體發生的位移比較大等情況都有可能造成落梁。

3.3 橋梁地基的破壞

地震導致地基發生液化反應，造成承載能力降低，引起基礎沉降。進而造成橋梁墩臺發生沉陷，該種現象經常發生在承載能力不是特別強的粘土質砂土、砂質粘土等地基當中。地基發生液化的情況使得它剪切的能力大為減小，導致墩臺以及橋梁地基由于地震土壓力和靜止土壓力的影響順著液化部分轉動或者水平移動。橋梁地基造成的震害常以淺基礎與樁基礎墩臺發生移動或者下沉最常見，橋梁基礎由于附近的地基在發生地震時產生塌方最可能發生在粉砂土、軟粘土以及飽和松砂層層面是傾斜狀的地方。在地基偏弱的區域，灌注樁被破壞的部分通常位于地面下部一至三米范圍以內，橋墩產生水平移位屬于常見的現象。

4 橋梁抗震設計的原則

科學合理的橋梁抗震設計在設計結構中要求對橋梁的各項指數進行科學規劃，確保橋梁的強度、剛度和延性等數據實現最優組合，保證橋梁結構符合經濟發展的初級目標，也符合抗震設防的根本目的，想要實現這一目的需要橋梁設計工作過人員細致分析橋梁的結構，了解地震特點，掌握橋梁結構中會受地震影響的結構因素。另外，相關工作人員要具備足夠的工作經驗和設計能力，不能完全按照規范要求刻板的執行。在實際抗震設計工作中，要遵循相應的原則來提高橋梁抗震的基本性能。

4.1 選擇適當的場地

想要確保橋梁抗震設計工作的有效性，就要堅持選擇適當場地的原則。在橋梁的選址時，要保證所選擇地址的抗震能力足夠強，另外要確保場地有足夠保證橋梁的地基穩固性，這樣才能夠保證一旦發生地震時橋梁的穩固。除此以外，我們還需要注意的是，除了不能夠選擇松軟的土地或者不穩定的坡地，對可能會受到周邊影響的其他地區也不要選擇，這樣能夠避免其他危險的出現。

4.2 注意結構上的對稱

橋梁的抗震程度在很大程度上會受其結構影響，所以結構的對稱性設計是橋梁設計需要遵循的重要原則。在抗震度方面，等跨橋梁對稱性的結構剛度要優于不等跨橋梁對稱性的結構剛度，在地震災害的預防方面效果也更加明顯。例如，如果橋墩的高度相差較大，其不同高度的橋墩會受到不同的水平震力的危害，使得橋墩受到較大的地震力。所以在橋梁的防震設計工作上，要保證橋體結構的對稱性，盡量不選擇跨度大的結構，最大可能的保護橋梁的穩定性。

4.3 設置多道抗震防線

想要從根本上預防可能存在的風險，就要預先設置風險的防護手段，在橋梁的抗震設計工作中要遵循盡量設置多道抗震防線的原則，保證橋梁能夠在遭遇不同方向震力的同時依然保持自身的穩定性。如果在地震的破壞下，第一道防線被破壞，后續的防線也能夠緊接著提供后續的保護，這種多道抗震防線設置的原則能夠從根本上保證橋梁的穩固性，可以有效的提高橋梁在經歷地震災害時橋體的穩定性和抗震能力[1]。

4.4 能力設計原則

站在橋梁設計原則的角度分析，能力設計原則的根本設計要點在于重視安全度的不同，也就是說在不同的構建以及破壞模式下，確定不同強度的安全度，通過安全度差異的設置，保證橋體結構在大地震下能夠實現延性反應。避免脆性破壞情況的出現，在過去我國傳統的建筑抗震設計工作當中，一般比較容易出現脆性破壞的情況，這是今后設計工作中需要避免的。

5 橋梁抗震設計技術方法

5.1 基于性能的抗震設計

基于性能的抗震設計指的是在不同頻率的地震影響下，可以保證橋梁的結構能夠最大限度的預防地震帶來的影響，這是橋梁抗震工作的最終目的。這一設計理念的最終目的是確保在地震發生之后，可以最大限度的保護人員和財產不受損失或者將損失控制在最小范圍內。另外，地震后，確保橋梁的結構依然保持基本的使用性，這種設計方法的特點包括以下幾方面。首先是改變了以整體性考量為主的設計思路，開始向量化的多重目標發展。抗震目標的設計不僅僅局限在對人民生命財產的保障上，更主要的目標和內在需求是通過有效的抗震設計，最大程度的確保在不同等級的地震活動下滿足橋梁具備不同使用性能的最終目的，保證人民生命財產不受威脅[2]。

在具體的設計過程中，我們可以從以下幾方面入手。首先要重視橋梁的整體性設計，防止落梁。一般情況下常規橋梁的設計要重視橋梁縱向的聯系，同時增加梁寬以避免主梁出現位移的情況，另外要對墩臺頂蓋梁和支座的實際寬度進行分析，結合具體情況進行調整，要設置專門的擋塊；其次要重視結構的規則性，防止橋體扭曲破壞，在進行整體設計時，要確保連續跨內下部墩身的主體剛度保持一致或者相對統一，確保結構對稱，減小地震的影響，防止扭曲反應的擴大化；再次，要重視消能、隔振設計。位于高烈度區的橋梁應將消能裝置設置在縱向位置上，還可以將結構阻尼設置在梁體或者墩臺位置上形成消能機制[3]。

5.2 基于位移的設計方法。

實際上，在很早之前就有基于位移的設計方法，但知道最近幾年這一設計思路的發展才逐漸深化，也由此成為橋梁抗震設計的主要方法。這種方式是在結構強度不足的基礎上總結出來的，強度不足的主要原因在于一些外在環境，包括經濟、施工水平等方面因素的影響，導致強度不足。在地震對梁體結構產生影響時，結構會因此產生形變，這種情況下只有通過結構性能衡量指標的改變選擇一些適合的或者安全系數更高的構件[4]。

5.3 多階段設計方法

想要最大可能的確保人員和財產安全不受地震影響，要不斷更新設計預防手段，避免震后經濟受到不良影響。其中需要考量的內容有很多，首先，要盡可能對橋軸線進行直線設計，主要原因為曲線梁將導致地震作用下結構反應較為復雜，導致轉動響應的出現進而增加位移，在橋梁抗震設計中盡可能不用伸縮縫確保橋面的連續性；其次，盡可能不要在軟土或砂土上進行橋梁基礎建設，要在巖石或堅硬土上進行基礎建設，這樣可以有效避免地震等災害對程建設的損害，確保順著縱、橫橋向的橋墩剛度相同，如剛度具有大改變地震過程中橋墩破壞程度較大；再次，在橋梁工程抗震設計中盡可能選用小跨徑，要在墩柱上設置塑性鉸這樣可以為觀測、修復提供方便。橋梁應選用大變形能力的結構。在抗震防線設置中應選用超靜定結構,不能選用靜定結構[5]。

6 結論

綜上所述，本文分析了地震對于橋梁的危害，針對地震對于橋梁危害的部位，隨后提出了相應的設計方法，針對設計過程中的注意事項，本文亦進行了分析，目的是為了提高橋梁抗震設計過程中的安全性及適用性。

[1]胡玲玲.橋梁抗震性及耐久性設計實例研究[J].交通標準化.2019(20):61-63.

[2]譚逢剛.淺析橋梁結構耐久性及抗震性設計[J].城市建設理論研究：電子版.2018.(7)：34-36.

[3]李愛萍.論公路橋梁的細部設計對其抗震性能的影響[J].科技創新導報.2019.(19):121-121.

[4]王偉.現代橋梁抗震設計需關注的幾個問題[J].科技信息.2018（10）：17.

[5]劉志強.淺析橋梁抗震設計的重要性[J].城市建筑.2019（09）：121.

黃永強（1989.02- ），男，民族;彝族,籍貫：四川攀枝花，職稱：工程師，學歷：本科，單位：四川恒盛路橋勘察設計有限公司，研究方向：橋梁設計。

S210

A

1007-6344（2021）04-0288-02