淺析明石海峽大橋的抗震設(shè)計(jì)

摘要：日本是世界上受地震災(zāi)害最多的國(guó)家，明石海峽大橋坐落在日本神戶市與淡路島之間，本文首先對(duì)明石海峽大橋作了簡(jiǎn)介，然后對(duì)橋梁抗震設(shè)計(jì)方法的發(fā)展做了簡(jiǎn)要的介紹，在此基礎(chǔ)上，對(duì)明石海峽大橋抗震設(shè)計(jì)的措施進(jìn)行了簡(jiǎn)明的探討。

關(guān)鍵詞：明石海峽大橋；橋梁震害；抗震設(shè)計(jì)；措施

前言：地震具有突發(fā)性和強(qiáng)破壞力的特點(diǎn)，現(xiàn)在人口的聚集度也隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?jié)u漸增大，而日本作為地震的多發(fā)地帶，地震不僅造成許多的人員傷亡，更導(dǎo)致了財(cái)產(chǎn)的損失和各種建筑物的破壞。同時(shí)，橋梁作為重要的交通設(shè)施，為了減少不必要的損失，挺高橋梁的抗震性能是義不容辭的是，下面就日本明石海峽大橋淺析橋梁的抗震設(shè)計(jì)。

1 工程概況

坐落在日本神戶市與淡路島之間的日本明石海峽是世界上目前最長(zhǎng)的吊橋，主橋墩跨度1991米，全長(zhǎng)為3911米。基礎(chǔ)半徑達(dá)40米，兩座主橋墩水中部分高60米，海拔達(dá)297米，。兩條主鋼纜總長(zhǎng)約8000米，由290根細(xì)鋼纜組成主纜的直徑1.12米，重量達(dá)到5萬(wàn)噸。明石海峽大橋按可以承受里氏8.5級(jí)強(qiáng)烈地震和抗80m/s的暴風(fēng)設(shè)計(jì)。它最終實(shí)現(xiàn)了日本人想修建一座系列橋梁把4個(gè)大島連在一起的愿望，創(chuàng)造了21世紀(jì)世界建橋史的新紀(jì)錄。本橋橋面設(shè)有6車道，通航凈空高為65m。該橋2根主纜直徑為世界上直徑最大的主纜，極限強(qiáng)度為1800 MPa。1995年1月，日本神戶地區(qū)發(fā)生里氏7.2級(jí)地震，震中位于明石海峽大橋南端，距神戶幾公里。明石海峽大橋經(jīng)歷了一次嚴(yán)峻的抗震檢驗(yàn)，當(dāng)時(shí)在距該橋50 km遠(yuǎn)的橋梁與建筑都已經(jīng)倒塌。因此，明石海峽大橋的抗震性能確實(shí)值得我們信任。

2 橋梁震害

從結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，可以將橋梁震害歸為兩大類——地基失效和結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈振動(dòng)。兩者因此造成破壞的原因截然不同：地基失效是相對(duì)位移引起的結(jié)構(gòu)破壞，這源于地基失效產(chǎn)生的，這歸屬于靜力作用；而結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈振動(dòng)是慣性力引起的破壞，這源于振動(dòng)而產(chǎn)生的，這動(dòng)力作用。

2.1地基失效引起的破壞

地基失效， 通常意義上指的是由地震而引起的使地基失去承載力的現(xiàn)象。強(qiáng)烈地震時(shí)，許多原因都會(huì)造成地基產(chǎn)生不均勻沉降、滑動(dòng)、開(kāi)裂等，如滑坡、地裂縫、砂土液化、滑坡、滑坡等，進(jìn)而喪失穩(wěn)定性和承載力，使橋梁結(jié)構(gòu)遭受到毀滅性破壞。通常來(lái)說(shuō)，人為工程對(duì)于這類破壞現(xiàn)象的抵御是極為有限的， 因此，為了避免這類現(xiàn)象，完全是可以通過(guò)場(chǎng)地的選擇。

2.2結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈振動(dòng)引起的破壞

在發(fā)生地震時(shí)，地面運(yùn)動(dòng)是引起橋梁主體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)的根本原因，它使結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力大幅度地上升，是導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)破壞以至于倒塌的原因。因此，工程師們便總結(jié)出有以下原因?qū)е聵蛄浩茐模?/p>

2.2.1導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的外部因素，主要是結(jié)構(gòu)預(yù)期設(shè)計(jì)的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于遭遇的地震震動(dòng)強(qiáng)度，橋梁結(jié)構(gòu)無(wú)法承受而遭到破壞；

2.2.2導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的內(nèi)因主要有兩個(gè)方面：一是施工方法上存在缺陷，再者就是細(xì)部構(gòu)造和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因?yàn)榈卣饎?dòng)的未知性和復(fù)雜性，因此就顯得尤為重要，地震動(dòng)特性不敏感的部位的設(shè)計(jì)。地震學(xué)家到目前為止，仍然沒(méi)有辦法準(zhǔn)確地預(yù)知所選的橋址在將來(lái)會(huì)發(fā)生的地震的可能性，發(fā)生的地震的大小亦未可知。

3 橋梁震害的防治

3.1橋位選擇

盡量遠(yuǎn)離地質(zhì)松散和軟弱的地點(diǎn)，選擇地質(zhì)堅(jiān)硬的地方；此外，不穩(wěn)定的坡地也不應(yīng)該作為橋址的選地。同時(shí)也應(yīng)該考慮該處的歷史最高水流。

3.2基礎(chǔ)抗震

加大基礎(chǔ)的橫截面積，同時(shí)考慮到基礎(chǔ)的質(zhì)量，使二者達(dá)到最優(yōu)選擇，是對(duì)基礎(chǔ)的剛度和整體性的加強(qiáng)，是為了避免因地震而引起的不均勻沉降和變形。

3.3橋臺(tái)抗震

應(yīng)對(duì)橋臺(tái)胸墻進(jìn)行鞏固加強(qiáng)， 并適當(dāng)增加其配筋，設(shè)置彈性墊塊在梁與梁以及橋臺(tái)胸墻與梁之間，使地震的沖擊力大大地減弱。 對(duì)于使用淺基礎(chǔ)的小橋， 應(yīng)對(duì)下部的支撐梁板進(jìn)行加強(qiáng)或做滿河床鋪砌，以防止在地震時(shí)，墩臺(tái)發(fā)生橫向和側(cè)向滑移。

3.4橋塔抗震

對(duì)于吊橋來(lái)說(shuō)，橋塔抗震性能對(duì)于橋梁整體的抗震性來(lái)說(shuō)，有著至關(guān)重要的位置，適當(dāng)增加橋塔的彈性以及穩(wěn)定性關(guān)乎著橋梁的安全起著不容忽視的作用。

3.5外部裝置抗震

對(duì)高烈度區(qū)的橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)在縱向設(shè)置一定的消能裝置，例如采用減震和隔震支座，以及在梁體和墩臺(tái)的連接處，增加結(jié)構(gòu)的柔性和阻尼，使其共同受力以便減小橋梁的水平荷載。

4 明石海峽大橋的抗震措施

4.1基礎(chǔ)抗震措施

首先，橋基的直徑也達(dá)到前所未有的80米長(zhǎng)度，這很大的增強(qiáng)了橋基的剛度和整體性。它可以明顯的防止地震所引起動(dòng)態(tài)及永久的不均勻變形。

4.2橋塔的抗震措施

首先一改以往用混泥土制作橋塔，明石海峽大橋采用鋼材制作橋塔。這大大的減小了橋塔的質(zhì)量，同時(shí)，鋼材具有很強(qiáng)的彈性，造橋工程師們相信這種材料可以抵御里氏8.5級(jí)地震。該橋塔使用了9萬(wàn)多噸鋼材，每個(gè)橋塔由90個(gè)模塊構(gòu)成，每個(gè)模塊都經(jīng)過(guò)仔細(xì)打磨，誤差達(dá)到幾分之一毫米的精度，每個(gè)橋塔由70多萬(wàn)螺栓固定，最終橋塔達(dá)到283m，垂直誤差不到一個(gè)拇指。同時(shí)使用鋼材它的彈性可以左右搖擺，所以足于應(yīng)付地震造成的傷害。

4.3上部結(jié)構(gòu)抗震措施

兩個(gè)橋塔都有特殊的防震設(shè)計(jì)，內(nèi)部都裝有20個(gè)大型震動(dòng)吸收設(shè)備——擺錘（阻尼裝置），幫助橋塔抵御地震的襲擊。這些擺錘可以向任何方向擺動(dòng)，震動(dòng)向任何推動(dòng)橋塔，擺錘就會(huì)向反方向擺動(dòng)。從而大大地降低了由地震和風(fēng)力產(chǎn)生的震動(dòng)作用。此外，明石海峽大橋也采取了隔震措施，它在橋梁的上部結(jié)構(gòu)和橋臺(tái)與橋墩之間安裝了鉛芯橡膠支座，從而是橋梁的主題結(jié)構(gòu)橫向運(yùn)動(dòng)受到阻止。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文只是粗略的探討了就明石海峽大橋的抗震措施。在目前，橋梁在運(yùn)輸方面起著至關(guān)重要的作用，然而，科學(xué)家們?nèi)匀粺o(wú)法準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)地震，故而增強(qiáng)橋梁的抗震性能，仍是每個(gè)造橋工程師們?yōu)闇p少橋梁經(jīng)濟(jì)損失和減少人員傷亡的根本措施。

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作者簡(jiǎn)介：蔣敏（1992-），男，四川德陽(yáng)人，攀枝花學(xué)院本科，研究方向：土木工程endprint