關于橋梁工程抗震設計的科學研究

韓稀桐

內容摘要 橋梁工程是交通網絡的一個重要環節，因此加大對橋梁工程抗震的研究就顯得尤為重要，也成為了當前的熱點問題。抗震設計就是抗震設計以及工程經驗來獲得基本設計原則和設計思想，從而能正確的解決結構總體方案、材料的使用，最終達到合理抗震的目的。文章將從橋梁抗震概念設計、等幾個方面進行分析，為今后橋梁設計起到科學的借鑒作用。 關鍵詞 橋梁工程抗震設計結構

一、對橋梁震害的概述

近幾十年來，在全球發生了多次大地震，這就說明橋梁工程作為抗震防災、危機管理系統的重要組成部分，在地震中必將受到嚴重的破壞。一旦橋梁在地震中受到破壞，就會使地震產生的次生災害進一步加重，也給災后重建工作帶來極大的困難。橋梁是重要的社會基礎設施，提高橋梁的抗震性能是減輕地震損失、加強區域安全的基本措施之一。

二、橋梁工程抗震設計原則

抗震設計要求的是設計出來的結構在強度、剛度和延性等指標上有最佳的組合，并最終達到經濟的實現抗震設防的目標。因此，就需要橋梁設計工程師們具有豐富的經驗和創造力，并深入的了解對結構地震反應有重要影響的基本要素，而不僅僅是按規范的規定執行。抗震設計在遵循的一些基本原則的基礎上，還要結合著歷次的橋梁震害教訓和當前公認的理論認識。

（一）體系的整體性和規則性

橋梁的整體設計性要好，上部結構應盡可能是連續的。較好的整體性是結構發揮空間作用的基本條件，同時也能防止結構構件及非結構構件在地震時被震散掉落。總之，無論是在平面還是在立面上，結構的布置都要力求使幾何尺寸、質量和剛度均勻、對稱，以免突然出現變化。

（二）場地選擇

橋梁工程抗震設計所選擇的場地應該考慮一個地區內的場地選擇，可以根據地震危險性來具體選擇一個比較安全的廠址。此外，為了避免地震時可能發生地基失效的松軟場地，必須選擇堅硬場地。

（三）能力設計原則

能力設計思想所強調的是強度安全度差異，也就是在不同構件和不同破壞模式之間確立不同的強度安全度。強度及安全度之間存在著差異，因此要確保結構在大地震下以延性形式反應，不發生脆性的破壞模式。過去的建筑抗震設計中，通常采用的是“強柱弱梁，強剪弱彎，強節點弱構件”的設計思想。

（四）提高結構及構件的強度和延性

橋梁結構的地震破壞主要來源于地震動引起的結構振動，抗震設計應該使從地基傳入結構的振動能量為最小，防止破壞。此外，在不改變剛度的前提下，采用提高總體強度和延性是兩個有效的抗震途徑。地震還可能造成結構和構件周期反復變形，這樣就會使其剛度與強度逐漸退化，所以要重視起延性。

三、橋梁減隔震技術

（一）減隔震技術的概念和發展

減震是人為在結構的某些部位設置阻尼器或耗能構件，來降低結構的地震反應；而隔震則是通過延長結構的自振周期來避開地震卓越周期，從而降低結構地震反應。美國第一次將減隔震技術用于橋梁是在1984年，1990年，美國新建了第一座采用減隔震技術的橋梁Sexton橋。在日本，第一座建成的減隔震橋梁是靜崗縣橫跨Keta河的宮川大橋。

（二）常用的減隔震裝置

1、鉛芯橡膠支座

鉛芯橡膠支座在支座的中部或中心周圍部位豎直地壓入高純度鉛芯，并以板式橡膠支座為基礎，重點用來改善支座阻尼性能的一種減震支座。鉛芯具有良好的力學特性，具有理想彈塑性性能，能夠提供地震下的耗能能力。由鉛芯和分層橡膠支座結合的鉛芯橡膠支座能夠滿足一個良好減隔震裝置所必備的基本要求。

2、分層橡膠支座

分層橡膠支座主要是由薄橡膠片與薄鋼板相互交替結合而成的，在抗震設計中，要考慮分層橡膠支座的水平剛度和阻尼作用等。橡膠支座在變形過程中消耗能量提供阻尼，這種阻尼主要取決于橡膠層變形的速度。分層橡膠支座的力所提供的阻尼較小，因此，在減隔震橋梁設計中，通常是與阻尼器一起使用。

3、滑動摩擦型減隔震支座

滑動摩擦型減隔震支座利用不銹鋼與聚四氟乙烯材料之間相當低的滑動摩擦系數制成，具有摩擦系數小、水平伸縮位移大的優點。在地震作用下，滑動摩擦型支座允許上部結構在摩擦面上發生滑動，通過摩擦消耗大量的地震能量。但是這類支座的缺點沒有自復位能力，因此要與阻尼器和橡膠支座等其他裝置一起使用。

四、橋梁抗震設計相關方法

（一）橋梁抗震概念設計

橋梁抗震概念設計主要是根據地震災害和工程經驗來獲得的基本設計原則和設計思想，在結構總體方案及材料使用等方面發揮了重要作用。合理的抗震設計，所設計出來的結構無論是在強度、剛度還是在延性等指標上都有最佳的組合。但是要指出的是，強調概念設計的重要性，不是重視數值計算，而是為了給抗震計算創造出有利條件。橋梁抗震概念主要是根據橋梁結構抗震設計的，要選擇良好的抗震結構體系。

（二）橋梁延性抗震設計

延性抗震驗算所采用的破壞準則主要有：強度破壞準則、能量破壞準則、變形破壞準則、用最大變形和滯回耗能來表達的雙重指標破壞準則。破壞機理可以總結為：在形成完全的塑性反應之前，出現某種程度的塑性應變，所消耗的能量自然的構成結構等效粘滯阻尼的一部分。一旦進入塑性變形后，就會產生塑性漂移，直到發生了倒塌現象。

（三）對地震響應的分析及具體的設計方法

目前已經發展了多種抗震設計理論和地震響應的分析設計方法，抗震設計的靜力理論只考慮了高頻振動振幅的最大值。反應譜理論雖考慮了振幅和頻譜，卻始終未能得到明確的反映。從組成結構抗震設計理論的幾個方面內容入手，靜力理論對四個方面都做了極大的簡化，而動力理論則有比較全面的考慮，結構和構件的動力模型更為接近實際。總之，設計原則考慮到的多種使用狀態有了概率保證。

五、結束語

通過上述分析，橋梁工程的抗震設計方法是經歷了從強度、延性設計到基于性能發展的過程，根據當前的地震災害特點，也要加大對橋梁減隔震技術的研究，以減輕地震損失，提高地震作用下橋梁的安全性。

六、參考文獻

【1】王青《橋梁抗震設計規范以及建筑抗震設計規范的對比分析》，《世界地震工程》2006年04期。

【2】李曉明《試論我國鐵路橋梁有關地震規范的沿革》，《山西建筑》2004年08期。

【3】李茜、張明《淺析橋梁抗震設計規范》，《工程力學》2008年11期。

【4】宋程海《論橋梁樁基震害特點及其破壞機理》，《震災防御技術》2010年10期。