淺談當下橋梁的抗震設計

■李 輝 ■四川中恒工程設計研究院有限公司廣西分公司，廣西 南寧 530001

我國是一個地震發生頻率較高的國家，地震災害的發生將會對地面建筑物產生嚴重破壞，甚至造成大量的人員死亡，還會將交通阻斷。公路橋梁、鐵路橋梁壹級城市高架橋一旦遭到破壞，后續補救工作將會非常艱難。為了對人民的生命財產安全及橋梁設施的完好進行保證，同時將公路運輸在抗震救災中的作用更好的發揮出來，應該在橋梁設計中對抗震設計加以重視。

1 橋梁震害現象分析

通過對我國震例的調查和研究，對橋梁結構抗震性能的分析，可以對我國橋梁震害現象進行以下分析:首先，地基與基礎破壞。地基破壞發生的原因主要有:不均勻沉降、穩定性不足等，這些因素都可能會造成地層水平滑移、斷裂、下沉，最終結構物遭到破壞?；A破壞和地基破壞之間存在非常密切的關系，一旦地震對結構周圍地基產生影響，結構的強度就會變低，很容易出現基礎沉降或者滑移現象，甚至可能出現剪斷、傾斜破壞等一系列現象，最終出現墩臺傾斜、折斷或者倒塌。其次，橋臺沉陷。地震發生時，如果橋臺后填土與橋臺并沒有完全固結在一起，填土縱向土壓力會增大，同時被動土壓力會非常大，進而出現橋臺向橋跨方向移動的趨勢。加上受到橋面支撐作用的影響，橋臺會產生豎向旋轉，從而導致基礎破壞。第三，墩柱破壞。主要涉及到彎曲延性不足、剪切強度不足、彎曲強度不足等，通常會引起連鎖反應。第四，支座破壞。在地震力的影響下，可能會拔出、剪斷支座錨固螺栓等，最終導致結構力傳遞形式發生變化。第五，落梁破壞。當支撐連接構件失效后，結構位移就會加大，梁體之間會出現相互沖擊，甚至落梁等現象的發生。

2 橋梁抗震設計方法的發展

2.1 基于強度的抗震設計

傳統抗震設計主要采用基于強度的抗震設計，這種設計方法主要是指將地震力作為靜荷載展開結構分析，然后將結構失效準則定義為結構構件強度、剛度是否達到極限狀態。此種方法的主要缺陷是，在強震作用下，要求構件保持彈性狀態，從而導致造價高昂。

2.2 基于延性的抗震設計

由于傳統的基于強度的抗震設計理念的缺陷，很多學者提出了強震作用下將構件進入塑性工作范圍的理念進行考慮，利用結構的延性進行抗震。這種設計方法主要利用地震力修正系數對反應譜加速度的地震內力進行調整，將不同結構的延性需求反映出來。該方法的主要缺點是，整個結構的抗震設防水準是一樣的，不能對重要性不同的構件區別對待，也造成一定的浪費。

2.3 基于性能的抗震設計

為克服基于延性的抗震設計方法的不足，抗震工程界提出了基于性能的抗震設計理念，其主要思想是:根據結構的重要性、用途及結構破壞后引起的后果的嚴重性確定其性能目標，在此基礎上提出不同的抗震設防水準，使用的過程中結構具備預期的功能，使不同性能目標要求得到滿足。該思想是一種基于投資和結構使用效益的綜合平衡設防思想，在工程界中得到了廣泛贊同，但是因為受到地震作用效應復雜性的影響，加上影響結構性能因素的眾多，因此該抗震設計方法目前主要停留在概念設計階段。

2.4 基于位移的抗震設計

基于位移的抗震設計理念是:結構在地震作用下產生變形，從而在宏觀上表現為位移。目標位移的設置應按照不同的地震設防水準來設定，通過設計在給定水準作用下結構可以達到預先指定的目標位移，最終實現對其地震行為的有效控制。目前，基于性能的抗震設計主要往往是利用基于位移的設計來實現的。

3 橋梁抗震設計措施

3.1 總體設計中應注意的問題

這種抗震設計思想從概念設計入手，從宏觀上研究結構抗震性能的合理性，從而降低結構在地震作用下的震害。在橋梁設計中，一般要注意以下問題。

3.1.1 橋位選擇

橋位應選在地質穩定、土體堅硬的場地，避開土體松軟的場地。如橋位受限，難以避開土體松軟的場地，則盡量使橋梁與河道正交。在松軟地基上的一些特大橋、大中橋，在發生地震時很容易出現河岸滑移使橋臺向河心移動的現象，導致全橋長度的縮短，如橋梁與河道斜交就會使得梁體在地震中產生扭曲破壞。

3.1.2 橋型選擇

不同的結構形式對地震的響應是不一樣的，根據地震災害統計數據表明，縱向落梁占橋梁震害的絕大多數，約暫97%。因此在橋型選擇上宜選擇結構簡單，整體性好，有可靠縱向、橫向連接的橋型。如連續結構優于簡支結構，正交橋梁優于斜橋、曲線梁橋。

3.1.3 橋孔布置

在橋孔布置時，應兼顧防震能力與通過能力，以防震能力為主。一般來說，在地震多發地帶宜采用等跨橋孔布置方式，兩側橋孔對稱，同時采用低矮的橋墩。橋梁整體設計在滿足使用要求的前提下，盡量減少梁體重量，減少沒必要的附屬結構，以簡潔為主。

3.2 橋梁抗震構造的措施

(1)加強橋梁的整體性，避免落梁。針對常規梁橋來說，應加強橋梁縱向聯系，適當增加梁寬以防止主梁出現位移落梁的現象，同時還應對墩臺頂蓋梁、支座的寬度適當的加寬，并適當增設抗震擋塊等裝置。

(2)注重結構的規則性，避免扭曲破壞。橋梁總體設計時，應該注意連續跨內下部墩身剛度相近，跨徑對稱布設，從而減小地震作用下的扭曲效應。此外，應對地震區橋跨設計長度進行注意，以避免出現墩柱承受軸向力過大的現象，最終使墩柱的延性得到降低。

(3)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。

(4)加強基礎的整體性和剛度。如果橋梁位于可能發生地震液化的地基上，可是采用深基礎，使樁穿過可能液化的土層，并將其埋人較穩定密實的土層內一定深度。

4 結語

綜上所述，在橋梁設計過程中，橋梁結構抗震設計是非常重要的一個環節，在現在我國的鐵路、公路大規模建設過程中，橋梁結構的安全問題已經引起大家的關注。在橋梁設計中一定要采取合理的抗震措施，從而促進橋梁適用性、耐久性、安全性的進一步完善與提升。

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