市政橋梁結構抗震設計與設防措施

劉寶柱

（中鐵上海設計院集團有限公司天津分院，天津 300073）

0 引言

市政橋梁工程作為市政工程中非常重要的一個環節，建造的水平會影響到人們的出行安全以及一個地區的城市發展。因為市政橋梁工程的施工環境非常復雜，會給后期的運行維護帶來很大的壓力。同時，市政橋梁工程一般處于自然環境下，需要市政橋梁工程整體具備較強的承載力和安全性，因此對市政橋梁工程的設計提出了較高的要求。抗震設計作為工程結構設計的關鍵內容，其合理應用能夠提高市政橋梁結構的強度，使市政橋梁可以有效地抵抗地震帶來的破壞力。如果市政橋梁結構的抗震性達不到相關的標準，地震一旦發生就會導致結構坍塌，將造成大量人員的傷亡和嚴重的經濟財產損失。所以，要加強市政橋梁結構抗震設計的合理應用，保證工程的設計水平。

1 市政橋梁工程相關分析

1.1 市政橋梁工程的特殊性

市政橋梁是指在城市建設中負責各部分交通的一些市政橋梁，可以滿足城市的交通運行需求，還可以為地區的經濟發展帶來很大的良性影響。我國當前的市政橋梁工程與普通的建筑工程相比具有一定的特殊性，主要體現在以下三個方面：第一，市政橋梁工程的建設資金是由政府部門支持的，同時市政橋梁工程施工建設會對居民生活帶來相應的影響。第二，市政橋梁工程施工中會受到施工場地的限制，施工場地較小會造成相應的交通堵塞問題，也會給工程施工帶來難度，增加工程的施工成本，延長工程的施工工期。第三，市政橋梁工程在設計和施工建設過程中需要注意提高工程抗震性能，加強工程在地震災害發生時的抵抗能力，保證市政橋梁工程穩定、安全地運行。

1.2 市政橋梁工程的施工特點

隨著我國經濟的穩定發展，市政橋梁工程的施工建設速度在逐漸加快，在市政橋梁工程建設過程中工程結構的抗震施工是工程的重點與難點。由于受到結構剛度、建筑材料和外界因素的影響，市政橋梁結構會出現相應的問題。這樣對于工程的后期使用會帶來不利的影響，甚至出現沉降和坍塌等危害。因此，需要結合市政橋梁工程的具體施工特點進行詳細的分析：第一，市政橋梁結構的剛度需要滿足相應的要求。由于市政橋梁的收縮性和膨脹度會受到多種因素的影響，因此，在施工時需要加強對工程結構設計的高度關注。第二，市政橋梁工程連接處會受到車輛流量、結構自身和外部因素的干擾，出現市政橋梁沉降幅度較大的問題，導致連接處出現錯臺，甚至會造成跳車，威脅行車安全，也會對工程的使用性能發揮帶來不利的影響。第三，市政橋梁結構的剛度之間會存在一定的差異，在車輛行駛時兩種不同的結構會受到同一種荷載的影響，導致荷載量的變化不同，從而出現坍塌。

2 抗震設計分析

2.1 抗震設計概述

抗震設計也稱減隔震設計，包括隔震設計與減震設計兩個方面。隔震設計是利用隔震支座、阻尼器等隔震裝置將地基和市政橋梁結構進行隔離，一旦發生地震，隔震裝置就可以吸收部分地震能量，提高市政橋梁結構的整體受力能力，從而對市政橋梁結構起到全面的緩沖保護作用。而減震設計是利用與速度有關的黏性抵抗地震作用，從黏滯材料的運動中獲得阻尼力，消耗地震能量。良好的抗震設計能夠提高市政橋梁工程的整體安全性和穩定性，還可以有效抵抗地震災害帶來的影響。我國的市政橋梁工程建設地理環境非常復雜，特別是在一些地震多發帶，結合良好的抗震設計能夠保證工程的施工建設水平以及后期的使用安全，提高人們的出行效率，為地區的穩定發展奠定良好的基礎。

2.2 抗震設計原理

抗震設計需要遵循一定的原理和標準，才能保證市政橋梁結構的施工效果以及抗震能力。抗震設計的原理包括兩個方面：第一，結構控制。市政橋梁結構在進行抗震設計時通常要采取對應的控制技術才可以確保設計的合理性，其中包括混合控制技術、被動控制技術以及主動控制技術。設計人員在實施抗震設計時需要遵循被動控制的原理，針對市政橋梁結構進行科學合理的安排，提高結構的抗震能力。第二，延性設計。針對市政橋梁結構的抗震延性設計，設計人員需要結合市政橋梁結構的具體受力點，選擇相應的塑性鉸進行合理的安置，加強一些細節的控制，能夠保障市政橋梁結構的穩定與安全。實施延性設計的主要目的是在發生地震時，可以有效地控制和降低地震的能量，使市政橋梁整體結構的強度得到全面提升。如果發生了較高級別的地震災害，通過合理的延性設計還可以避免結構坍塌。然而，在實際地震災害發生時還是會對市政橋梁結構造成一定的損傷，所以作為設計人員要科學地選擇更先進、更適用的隔震設計技術，加強結構的抗震能力。

2.3 地震帶來的危害

地震災害的發生是由于地球內部結構發生改變而產生劇烈的震動，在地震的震中區域會出現地面上下抖動以及顛簸的現象。地震作為一種突發性的自然災害，具有短暫性以及不確定性的特征。如果某一地區出現了地震災害，很有可能會導致這一地區空間范圍內的地形結構發生較大的改變，甚至出現地面結構裂縫，導致市政橋梁結構出現嚴重裂縫甚至坍塌。所以，在市政橋梁工程設計時要結合地震發生的情況，采取針對性的抗震設計，保證設計結構的安全與穩定。

2.4 地震對市政橋梁的影響

在市政橋梁工程的使用過程中如果發生了地震災害，將會對工程的結構帶來嚴重的破壞。主要表現在市政橋梁結構以及地基在地震災害發生時遭受了來自市政橋梁外表面結構的一種破壞力的影響，從而引起嚴重的結構內部損壞。市政橋梁結構的具體破壞形式會因為地震級別以及市政橋梁自身強度的不同而有所不同。通常情況下，地震會造成市政橋梁結構位移以及上部結構安全性能下降，由于市政橋梁結構以及地基受到了相應的破壞，嚴重的會導致市政橋梁結構開裂、坍塌。

3 抗震設計原則與必要性

3.1 抗震設計的原則

在當前我國市政橋梁結構的抗震設計中需要設計人員嚴格遵循相應的原則，才能夠保證設計滿足后續工程要求以及符合國家相關標準。其具體原則包括以下七個方面：第一，市政橋梁結構在抗震設計時要保證市政橋梁工程施工建設地區的地質條件以及地形結構等符合市政橋梁工程設計規劃。結合相應的標準，嚴格地對地震自然災害可能發生的情況進行全面的分析，選擇有針對性的市政橋梁結構以及基礎施工結構。第二，市政橋梁結構的設計需要保證工程的抗震能力。市政橋梁結構應避免出現大跨度以及高橋墩等方式，此類方式會影響結構的穩定性，不利于抗震。第三，市政橋梁結構的整體外觀形式需盡量簡化，應選用自重較輕的建筑材料有效地降低市政橋梁結構的重心，這樣既便于工程結構的施工建設，又能有效提升結構強度。第四，在市政橋梁的外觀設計中還需要避免選擇截面較大的市政橋梁結構，此類結構會導致頭重腳輕。第五，要保證市政橋梁結構自身的安全性與整體連接性，并加強連接的穩固性以及延伸性，在適當的位置設置合理的減速器和相應的塑型鉸支座提高防震能力。第六，市政橋梁結構施工要選擇先進的施工技術，加強對工程結構的優化，保證工程結構的安全。在選擇抗震措施時要遵循優化設計的原則，加強對各種方法的創新，提高工程力學計算的精準度，確保市政橋梁結構中相應配置構建的合理性。第七，在進行市政橋梁結構抗震設計時，要保證設計方案符合國家標準以及行業標準。

3.2 市政橋梁抗震設計的必要性

我國地域遼闊也是一個地震多發的國家。地震會給每個地區的基礎建設設施帶來一定的危害，同時會威脅到居民的生命安全。其中，實施市政橋梁工程建設是在地震災害下進行搶險救災，重建城市的重要基礎設施。為了保證市政橋梁工程結構的穩定性，有效地抵抗地震帶來的災害，就需要加強對市政橋梁結構的科學設計，保證工程后期使用過程中不會遭受破壞，避免市政橋梁損壞以及人員的傷亡。同時，不同的市政橋梁結構破壞彼此之間的相互影響，例如，在市政橋梁結構設計時如果采取了頭重腳輕的方式，那么在地震作用力下整個市政橋梁的強度就會大大降低，也會造成橋墩的破壞，進而引發整個市政橋梁出現坍塌的危害。另外，不同地震措施以及相應的地質條件也是導致市政橋梁結構受到影響的關鍵因素。在較大地震作用下，市政橋梁結構整體會受到一定的震動力。為了有效地減輕地震災害，對于市政橋梁結構的不良影響，就需要在市政橋梁工程建設過程中注重工程的抗震設計。加強整個市政橋梁結構的整體設計以及施工水平，保證市政橋梁結構的安全與穩定，避免地震災害的不良損失。除此之外，在現代化城市的建設過程中市政橋梁工程也是整個交通運輸體系非常重要的一個組成部分，保證市政橋梁工程的抗震效果，就是提高市政橋梁工程的整體建設水平，為現代化城市的穩定發展奠定良好的基礎。

4 市政橋梁結構抗震設計與設防措施

4.1 靜力法抗震設計

在現階段的市政橋梁結構設計工作中市政橋梁結構抗震系數提升是設計關注的重點。在實際應用過程中要選擇科學的抗震方法，保證市政橋梁結構的抗震水平。靜力法作為抗震設計的重點，它能夠在地震發生時有效避免地面運動以及物體運動產生的慣性，對結構進行全面的保護。從力學的角度分析，地震加速度會產生一定的破壞力，針對動力特征，結合結構的基本特點以及相應的震動周期，在地震發生時，盡量避免結構受到破壞力的影響。在實際應用過程中要加強對靜力法的正確認識，將其融合到抗震設計工作中，提高市政橋梁結構抗震水平。

4.2 反應譜法抗震設計

反應譜法的應用主要是對地震系數的數值進行精準計算，結合地震加速度的具體情況獲取相應的規律數值，用不同的阻尼比進行反應譜分析。確定阻尼比之后，結合相關的數據，加強對地震加速度的分析。在市政橋梁工程抗震設計時要通過擴大動力的方式加強系數結構，調整結構對于地震的反應能力。此外，還可以采用非彈性反應譜法，結合彈性結構的具體分析，強調在地震作用下結構的彈性塑變情況。

4.3 結構構件的強度提升

加強市政橋梁結構和構件的強度在實際應用的過程中是至關重要的。市政橋梁結構如果受到地震的影響將會導致結構出現震動，因此需要結合地基的實際情況了解震動能量的大小，通過減隔震裝置使其結構具備較高的強度。在市政橋梁的高度設計時還需要根據地基實際情況，結合抗震能力的相關參數進行分析，了解地震可能帶來的地基變形程度，從而在實際應用的過程中，在不斷增加市政橋梁結構重量以及高度的基礎上，保證市政橋梁工程總體強度得到全面的提升。

4.4 增強市政橋梁體系的規則性

對于市政橋梁工程的施工建設其結構體系的規則性，對于整個結構安全穩定會產生較大的影響。同時，在地震作用力下，市政橋梁的結構也會更加的安全穩固，因此在工程抗震設計中要注意規則性，特別是上部市政橋梁結構要保證整個施工的連續性。如果結構體系規則性比較好，可以有效地防止地震災害帶來的不良影響，同時有效提升市政橋梁結構的合理布局。另外，在市政橋梁結構設計過程中還需要通過立面和平面的設計角度，保證整個結構的剛度和設計效果，要確保市政橋梁的對稱性和均勻性。防止一些結構突變的情況，否則就會影響結構的使用。例如，在市政橋梁結構設計過程中不僅要保證橋墩橋跨度滿足標準的規范要求，同時還要提高整個市政橋梁結構的對稱性，確保市政橋梁左右兩側的結構能夠良好的對稱，提高整個結構的穩固效果。

4.5 加強市政橋梁結構的使用性能

在地震災害作用力的影響下，市政橋梁結構會出現復雜的內部變化，這樣會導致整個內部結構的安全性受到很大的影響。市政橋梁結構的使用性能是指市政橋梁結構或者相關的構件其強度和使用的延伸性，它決定了工程結構設計的效果。同時，作為施工企業要加強對市政橋梁結構延伸性和強度的使用性能控制。一旦發生了地震災害，地震波會導致市政橋梁結構出現不良的震動，嚴重的從地基傳入市政橋梁結構，這樣會給市政橋梁的使用安全帶來較大的危害。同時為了加強市政橋梁結構的延伸性和強度，避免在地震災害下受到的破壞，需要在不改變剛度和重量的基礎上，通過對市政橋梁結構總體延伸性能的提升，加強整個市政橋梁的抗震效果。另外，改善橋梁結構的剛度也可以避免地震帶來的危害，防止市政橋梁結構出現變形的情況。而市政橋梁結構的延伸性和強度也是決定整個市政橋梁結構使用效果的重要因素。特別是在地震災害下，市政橋梁結構設計需要反復的研究，提高整個結構的強度。例如：針對市政橋梁單墩結構在設計時，為了加強整個橋墩的結構延伸效果，防止地震災害再來的破壞力。就需要對橋墩結構進行科學地設置，應用彈性支座，保證整個結構的彈性效果，防止延伸性受到破壞。另外，還可以通過加強市政橋梁結構的截面和配筋率，增強混凝土鋼筋結構的使用效果，保證在地震災害下整個市政橋梁結構更加的安全。

5 結語

在現代化城市的建設過程中市政橋梁工程的施工建設是城市發展的重要工程項目，只有保證市政橋梁工程的科學設計和合理施工，才可以提高工程的安全性和穩定性。而在市政橋梁結構抗震設計中需要根據工程的具體施工要求、現場的實際情況對工程結構進行優化，提高結構的抗震能力，有效地避免因地震災害帶來的人員傷亡和財產損失。