論橋梁抗震設計方法研究

【摘要】：本文通過對橋梁震害的主要原因，抗震設計思想和方法、結構設計基本要求等方面對橋梁抗震設計的常用方法進行了歸納和總結，突出橋梁抗震設計對提升橋梁抗震能力的作用。

【關鍵詞】：橋梁的震害；橋梁抗震；設計方法

我國是一個地震多發國家，地震給人民生命財產和國家經濟建設造成巨大損失，其中公路、橋梁遭受的破壞更為嚴重。在抗震搶險救災中，交通運輸是搶救人民生命財產、盡快恢復生產和重建家園的重要保障，為了保障人民財產的安全和救援重建的順利進行，更好地發揮橋梁的交通運輸在抗震救災中的作用，就需要在橋梁結構設計中對橋梁抗震設計有充分的重視。

一、橋梁的震害

地震發生時，首先是場地和地基破壞，從而產生橋梁破損并引起其它災害。場地和地基的破壞作用，大致有地面破裂、滑坡和坍塌，地基失效等幾種類型。這些破壞作用，對位于斜坡地貌及軟弱土質地基上的橋梁工程影響較大。地震發生后，橋梁的破壞形式一般表現為：（1）橋臺：錐體、墩周鋪護開裂，甚至滑移。⑵墩臺：臺身位移，支座錨栓剪斷，嚴重時產生落梁現象。（3）橋墩：砂土液化，橋墩下沉。（4）墩臺：臺身開裂， 嚴重時橋梁倒塌。

二、橋梁震害產生的主要原因

（1）軟弱地基失效。如果下部結構周圍的地基易受地震震動而變弱，下部結構就可能發生沉降和水平移動。如砂土的液化和斷層等，在地震中都可能引起墩臺的毀壞。地基失效引起的橋梁結構破壞，有時是人力所不能避免的，因此在 橋梁選址時就應該重視，并設法加以避免。如果無法避免時， 則應考慮對地基進行處理或采用深基礎。

（2）下部結構失效。主要是指橋墩和橋臺失效。橋墩和橋臺如果不能抵抗自身的慣性力和由支座傳遞來的上部結構的地震力，就會開裂甚至折斷，其支承的上部結構也將遭受嚴重的破壞。鋼筋混凝土柱式橋墩大量遭受嚴重損壞，是近期橋梁震害的一個特點。其原因主要是橫向約束箍筋數量不足和間距過大，因而不足以約束混凝土和防止縱向受壓鋼筋屈曲。目前的解決辦法是通過能力設計和延性設計，使橋梁的屈服只發生在預期的塑性鉸部位，其余結構保持彈性。

（3）支承連接件失效。由于上下部結構產生了支承連接件不能承受的相對位移，使支承連接件失效，上部與下部結構脫開，導致梁體墜毀。由于落梁的強烈沖擊力，下部結構將 遭受嚴重破壞。支承連接件失效的原因，主要是設計低估了相鄰跨之間的相對位移。為了解決這個問題，目前國內外的通常做法是增加支承面寬度和在簡支的相鄰梁之間安裝縱向約束裝置。

三、橋梁抗震設計方法

橋梁結構體系的選擇、橋型布置、橋面路線走向以及橋梁結構細部設計等方面均需要考慮結構抗震設計，從而達到結構防震、減少震害的效果，其常用方法有：

（1）簡支梁橋：應加強橋面的連續構造，提供足夠的加固寬度以防止主梁發生位移落梁，應適當的加寬墩臺頂蓋梁及支座的寬度，并增設防止位移的隔擋裝置。

（2）橋梁位置：應選在良好和穩定的河段，如果必須在穩定性差的軟弱場地上河段通過時，應盡量采用橋梁中線與河流正交，這樣即使地震產生河岸滑移，影響也較小；若采用斜 交，地震時極易產生河岸向河心滑移，會使橋梁隨之發生錯動或扭轉破壞。另外，應注意在主河槽與河灘分界的地形突 變處，應盡量避免設墩，否則應予以加強措施以減免滑移。

（3）對采用橡膠支座且無固定支座的橋跨：應加設防移 角鋼或設擋軌，作為支座的抗震設計。

（4）在地震區的橋梁結構以采用跨度相等、每聯連續跨內下部墩身剛度相等為宜。跨度不均，墩身剛度不等極易發生震害。對各墩高度相差較大的情況可采用調整墩頂支座尺寸和粧頂設允許墩身位移的套筒來調整各墩的剛度，以便使之剛度盡量保持一致。

（5〕對高烈度區的橋梁設計應在縱向設置一定的消能裝置，如采用減、隔震支座，以及在梁體和墩臺的連接處增加結構的柔性和阻尼以便共同受力和減小水平橋梁荷載。

（6）由于拱橋對支座水平位移十分敏感，而兩邊橋臺的非同步激振會引起較大的偽靜力反應，有時甚至會大于慣性力所引起的動力反應，因此要求震區的拱橋墩臺基礎務必設 置于整體巖盤或同一類型的場址以保證震時各支座的同步激振。

（7）橋梁的基礎應盡可能的建在可靠的地基上，否則軟土的液化會加大地震反應。

地震區橋跨不宜太長，大跨度意味著墩柱承受的軸向力過大，從而降低墩柱的延性力。

（8）墩柱設計中應盡可能的使用螺旋形箍筋，以便為墩柱提供足夠的約束。另外墩身及基礎的縱向鋼盤伸入蓋梁和承臺應有一定的錨固長度以增強連接點的延性，同時，橋墩基腳處應有足夠的抵抗墩柱彎矩與剪切力的能力，不允許有塑性鉸接。

（10）采用將橋墩某些部位設計成具有足夠的延性，以使在強震作用下使該部位形成穩定的延性塑性鉸，并產生彈塑性變形來延長結構的振動周期，消耗地震能量。

（11）采用上部結構和橋墩完全連接的剛構體系，并且樁尖穿過可液化層達到堅硬土層上，由于結構的超靜定次數增大和堅實的樁尖承載能力的保證，減少了由于土壤變形而失 效的可能性。

四、結論

現在橋梁抗震設計計算的方法很多，但各有優缺點，大多都是基于計算機程序化計算，在工程實踐中，應根據不同的結構形式、地質狀況和設計要求合理選擇抗震設計方法。

參考文獻：

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