橋梁結構抗震設計與設防措施研究

楊健

（新疆交通規劃勘察設計研究院有限公司，新疆烏魯木齊 830000）

0 引言

作為公路工程建設的重要部分，橋梁工程建設質量與人們的出行安全息息相關，橋梁工程施工環境大多較為復雜，工程的后期運營維護也面臨著較大的壓力，因此，在進行橋梁設計時，必須高度關注其結構抗震設計，提高橋梁工程的承載力，保障安全性。抗震設計也是橋梁工程結構設計的重要組成部分，優化橋梁結構抗震設計，不僅能增強橋梁工程結構的強度，還能降低由地震等自然因素對橋梁工程造成的破壞。若橋梁工程結構抗震性與相關標準要求不符，一旦地震發生，橋梁結構易出現坍塌，導致的人員傷亡和經濟財產損失不可估量。所以，對橋梁結構抗震設計與設防措施進行針對性研究，具有極強的現實和理論意義。

1 橋梁結構抗震設計概述

1.1 橋梁結構抗震設計的基本原則

在進行橋梁工程結構抗震設計過程中，設計人員必須始終堅持以下設計原則：首先，橋梁工程結構抗震設計必須圍繞工程所在地的基本地質條件和地形結構而展開。在設計階段，設計人員需全面了解工程所在地的地質環境，明確區域地形結構對抗震設計所提出的要求，綜合分析工程所在區域地震自然災害發生的可能性和具體頻率，并根據橋梁工程建筑設計規模以及設計標準，對橋梁結構類型以及接觸結構形式進行科學選擇[1]。

其次，橋梁工程結構抗震設計應傾向有利于抗震的方向發展。在此過程中，需對橋梁工程建筑結構進行有效統一，防止高橋墩和大跨度結合所形成的不利于抵抗震動波的結構形式。進入設計階段后，設計人員還需采取減少上部結構自重的方法，讓橋梁結構展現出有利于整體抗震的形式。

再次，橋梁工程的整體外觀形式設計也需發生改變，需保持較輕的自重和較小的剛度，展現出低重心的形式，為工程結構的基本施工提供便利。與此同時，橋梁工程結構抗震設計必須有效提升工程結構的安全性和整體性，橋梁的連接方式也必須保障安全。

最后，為實現橋梁結構體系的修復，在進行橋梁結構抗震設計時，需盡可能地采用先進的技術。在此過程中，還需對橋梁工程結構抗震設計進行優化調整，增加抗震和隔震能力，并依托科學的力學計算，明確橋體結構中鋼筋配比和鋼筋距離[2]。

1.2 橋梁結構抗震設計的必要性

地震這一自然危害的出現，不僅會為區域基礎設施建設帶來明顯的破壞，同時還會直接威脅到居民的生命財產安全。從城市建設角度出發，橋梁工程的建設也是在地震災害下落實搶險救災，實現城市重建的重要基礎性設施。為了提升橋梁工程結構的穩定性和安全性，有效抵御地震等自然災害帶來的損害，橋梁工程結構設計人員必須強化橋梁結構的科學設計，提高橋梁工程結構的穩定性。與此同時，橋梁是交通運輸的重要組成部分，承載著大量車輛和行人的通行。在地震發生時，橋梁結構容易受到震動影響，如果沒有進行抗震設計，可能發生倒塌或嚴重損壞，威脅到通行人員的生命安全。因此，橋梁結構抗震設計是保障人員安全的重要方式。另外，地震發生后，如果橋梁結構嚴重損壞，可能導致交通運輸中斷，影響人們的日常出行和物資運輸?？拐鹪O計可以提高橋梁的抗震能力，減少地震對橋梁的破壞，確保交通運輸的暢通。更重要的是，橋梁是經濟發展的重要基礎設施，對于城市和地區的經濟發展起著至關重要的作用。地震對橋梁的破壞會導致重建和修復的巨大經濟損失，抗震設計可以降低地震對橋梁的影響，減少經濟損失。再加上抗震設計可以提高橋梁的耐久性和使用壽命，延長橋梁的使用期限。這有利于減少資源的消耗和浪費，符合可持續發展的要求[3-4]。

2 橋梁結構抗震設計的方法

2.1 靜力法

在當前橋梁工程設計工作過程中，橋梁結構抗震系數已成為廣大設計人員關注的焦點。因此，在進行抗震設計時，設計人員必須對抗震方法進行合理選擇，確保橋梁工程結構最終的抗震效果與預期相符。而在實踐過程中，可借助靜力法開展抗震設計。如果各個物體與各個部分之間的地震震動相同，結構上的作用僅局限在地面運動或物質質量所產生的慣性力上，在進行抗震設計時，就需忽視結構的動力性，并依托地震的慣性力來完成結構內力的分析工作。而從動力學角度出發，地震加速度并非破壞橋梁工程結構的唯一原因，除考量地震加速度對橋梁結構所產生的破壞外，設計人員還需對動力特征方面的因素進行分析。若結構物的基本特征周期小于地面卓越周期，一旦發生地震，橋梁的結構便不會被破壞。所以，設計人員在進行橋梁工程結構抗震設計時必須正確認知靜力法的作用，將靜力法合理融入抗震計算等領域，進一步優化抗震設計。

2.2 反應譜法

在應用反應譜法進行橋梁結構抗震設計時，設計人員需根據地震系數的取值來合理選擇水準，并依據地震的加速度獲得規律數值。在此過程中，相關人員必須確定某個反應在一定體系內的阻尼比，并依據數據的搜集結果，明確地震加速度的變化情況，借助繪制曲線的方式了解實際平均值。在設計實踐工作中，設計人員需根據不同的特征周期以及不同場地的對應反應譜完成日常的設計，并對反應譜曲線進行科學繪制，保證設計方案的合理性。

3 橋梁結構抗震設計設防標準及設防措施

3.1 設防標準

在開展橋梁結構抗震設計工作時，設計人員必須深入了解具體的技術標準，實現經濟和技術的高效融合，保證設計方案的科學性和合理性。在實際工作中，設計人員要依據橋梁本身的特征，對其進行綜合分類，并在此基礎上制訂正確的設計方案，目前我國橋梁工程設計的地震標準偏低，我國公路工程抗震設計對于地震結構的反應規律認知也并不完善，致使抗震設計理念以及抗震設計所使用的方法存在明顯的偏差。所以在實際工作中，設計人員可對國外關于抗震設計方面的標準和具體要求進行借鑒和參考，并結合我國當前橋梁結構和抗震設計發展現狀，對相關參數進行合理設計，與此同時，設計人員還需充分掌握工程的抗震要求，在設計工作中融合滲透新型的抗震設計理念，實現抗震設計效果的優化。

3.2 設防措施

3.2.1 增強結構構件強度

在實際設防工作中增強結構構件強度至關重要，橋梁工程結構的地震破壞大多是地震所導致的結構震動。因此，在實踐過程中，相關人員必須依據地基的特征明確結構的震動能量，并將其作為最小值，保證橋梁工程結構滿足相應的強度需求。與此同時，還需在不增加重量和高度的基礎上提高結構總體強度，在選擇高度時必須綜合了解現場實際情況，優化設計效果。作為決定橋梁結構抗震能力的重要參數，強度的保障至關重要，地震的出現極有可能導致橋梁工程結構出現反復變形，這也會致使橋梁結構剛度和強度退化，所以在實踐過程中，相關人員需強化對此類問題的認知，落實延性設計，對抗震設計模式和方案進行優化、完善和調整[5]。

3.2.2 做好場地整體規劃

在進行場地整體規劃過程中，首先要全面了解地震的危險性，合理選擇施工位置。與此同時，還需對施工場地進行科學規劃，為后續施工提供便利。進入實踐階段后，為了有效規避地震所導致的地基失效，需要強化場地的處理，盡量選擇在較為堅硬的場地進行日常工作，保障橋梁的整體性，維持上部結構的聯系性，防止結構構件散落。在后續工作中，需結合空間作用的基本條件，優化平面和立面上的結構布局，對幾何尺寸和質量等因素進行綜合考量，確保剛度的均衡性。

3.2.3 優化支座和布置方式

我國設計人員在進行橋梁結構設計時，并未過多關注支座結構和造型，而現階段，應用頻率較高的支座形式以普通橡膠支座形式為主。但是普通橡膠支座形式的弊端在于不能有效降低由地震造成的橋梁結構損傷，甚至會造成橋梁結構的進一步破壞。所以，在進行橋梁工程結構抗震設計時，設計人員必須對支座結構形式進行科學選擇，需依據橋梁抗震設防的主要需求，選擇更契合的支座類型，同時，還需優化支座的結構布局，在固定支座時需綜合考量固定位置，對抗震設計所產生的影響通過活動式支座布設的方法，對地震能量進行分擔。

3.2.4 科學設計柱式橋墩

目前柱式橋墩是橋梁工程結構中較為主流的形式之一，在進行橋梁結構抗震設計時，為優化橋梁結構抗震性能，設計人員也必須關注橋墩之間的結構優化，橋墩的設置高度不宜過高，過高的橋墩很可能導致弱柱強梁的問題。橋墩之間的結構高度也必須保持均衡度，避免強度等級差異過大[6]。

4 橋梁結構抗震設計注意事項

4.1 做好基礎性規劃

在進行橋梁結構抗震設計時，設計人員必須落實基礎性規劃，依據橋梁工程所在的具體位置，對設計方案進行完善。而在選擇施工位置時，必須選擇較為堅硬的場地，若施工區域處于穩定度不足的坡頂，則設計人員需關注施工場地的處理工作，在設計時要避免跨越地質斷層。如果施工場地存在限制，要進行地質斷層的跨越，設計人員必須有效分析地質情況，從安全角度出發，綜合考量后續的施工情況及效果。

與此同時，設計人員還需充分掌握橋梁的選型工作，對關鍵程序進行有效把控，橋梁選型需全面考量地形、地質條件等因素，在明確現場情況的基礎上實現抗震的合理設計，從技術層面優化橋梁結構體系，保證抗震設計達到最優效果。而傾斜地區的抗震性能本就相對低下，其對橋墩的基本動力放大系數也有著明顯的影響，這也會在一定程度上加深震撼發生的程度，一旦出現地震問題，便極易產生偏移和錯位現象，因此，在實際工作中，設計人員必須對這些問題引起高度重視。除此之外，對比不等跨結構橋梁來說，對稱性結構橋梁具有更優的抗震性能，若橋梁橋墩高差過大，橋墩工程結構所產生的水平震動力也會隨之增加，而該震動力很可能威脅到橋梁結構的安全，所以，設計人員在進行橋梁結構抗震設計時，也必須密切關注這一要點。

4.2 優化抗震性能

在橋梁的設計階段，首先需要確定設計地震動參數，包括地震分區、設計地震烈度和設計地震加速度反應譜等。這些參數是根據地震活動性、地震歷史記錄和工程所在地的地質條件來確定的。一般來說，地震分區越高，設計地震動參數越大。之后，設計人員可根據設計地震動參數進行橋梁結構的響應譜分析或時程分析，評估橋梁結構在地震作用下的受力情況。響應譜分析是根據地震動參數和結構的特性，計算出結構在不同周期下的響應加速度，并與結構的承載能力進行比較。時程分析則是利用地震動的時間歷程，模擬結構在地震過程中的動態響應。而在進行結構設計時，應充分考慮地震荷載的作用，通過合理的結構形式和材料選用，提高橋梁結構的抗震性能。一般來說，抗震性能較好的結構形式包括連續剛構橋和懸索橋等。鋼筋混凝土結構通常比鋼結構具有更好的抗震性能，因為混凝土在一定程度上具有一定的延性。

此外，為了提高橋梁結構的抗震性能，還可以采取一些增強措施，如加固橋墩、設置防震支座、增加橋梁的剛度和強度等。同時，橋梁的基礎設計也應考慮地震作用引起的地動力和土壤液化等問題，并采取相應的加固措施，如增加基礎底面積、加固樁基等。總之，橋梁結構的抗震設計需要綜合考慮地震動參數、結構形式、材料選用和加固措施等因素，以確保橋梁在地震發生時具備足夠的抗震能力，保證人員和交通的安全。

最后，在橋梁結構的抗震設計中，連接件和節點的設計也是非常關鍵的，它們承擔著傳遞力和保證結構整體穩定性的重要作用。連接件的設計應考慮其抗震性能，確保能夠承受地震作用引起的水平力和豎向力。連接件的選材一般應符合相關標準，并具備較高的強度和剛度。常見的連接件包括螺栓、焊接、鋼筋連接等，在連接件的設計中，需要考慮強度、剛度、可靠性和施工方便等因素。

5 結語

綜上所述，在橋梁建筑結構設計過程中，抗震設計占據著重要地位，優化橋梁結構抗震設計，不僅能保障橋梁工程后續運營階段的安全性和穩定性，同時還能降低因地震等自然災害對橋梁工程所造成的破壞。因此，橋梁工程結構設計人員必須有效把控橋梁工程結構設計的思想和原則，合理選擇橋梁結構抗震設計方法，做好橋梁結構抗震的設防措施，進一步提高橋梁結構抗震水平，為人們的出行安全保駕護航。