連續梁橋抗震設計初探

摘 要：橋梁建設不能忽視地震作用。分析了連續梁橋震害的原因及其表現，討論了橋梁彈塑性地震響應的主要分析手段和延性抗震設計方法。指出抗震設計的未來發展趨勢，并給出了規范修改建議。

關鍵詞：橋梁震害；抗震設計；梁橋

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.102

0 引言

按照世界地震分布來看，我國絕大部分地方都處在多震區，近年以來，隨著我國橋梁技術水平的提高，已經能設計出各種各樣的橋梁型式。當地震來臨時，各種橋梁能否抵抗住在地震水平力與豎向力，減輕地震作用下的經濟損失，特別是最大限度避免人員傷亡，成為工程界關注的熱點問題。

為設計既經濟又不過保守，需要對橋梁設計理念與加固措施技術形式梳理，對地震中已經發生的橋梁失效及破壞進行系統地研究和分類，進行震害調查分析，為橋梁抗震設計提出有益建議。

1 常見橋梁震害及成因分析

地震對橋梁產生危害機理的比較復雜，通過地震產生后的現狀分析，得出合理抗震設計方法。通過汶川等一系列震后的破壞情況，可以歸納成一下幾個方面。

（1）支撐連接部件（支座）震害。在地震來臨時，支座作為支撐連接部件，基本不會破壞，如阪神地震中，調查支座損壞的情況時，發現損壞比例達到調查總數的28%，當支座發生破壞后。受力傳遞方式會發生改變，整個橋梁的受力也應此而改變，直接影響到其他部位。橋梁支座破壞形式一般是支座發生位移；錨固螺栓拔出、剪斷；活動支座脫落等。

（2）上部結構移位震害。上部結構移位震害即橋梁上部結構的縱向、橫向、及扭轉發生的移位造成的震害。橋梁伸縮縫一般來說的是容易發生損壞。這種損壞形式一般為梁間開脫、錯位、或頂撞；還有一種表現形式位移過大導致上部結構超出了墩、臺的接觸面使落梁。資料表明，橋梁順橋向的落梁破壞遠大于橫橋向，它約占全部落梁總數的80%-90%[1]。順橋向落梁時，梁端下墜，梁撞擊橋墩，由于梁自重一般很大，所產生的沖擊力對下部結構造成的破壞很嚴重，與落梁的沖擊力與梁在墩頂振動時相比，幾百倍的差距。如汶川地震時就發現了落梁沖撞橋墩而使墩身傾斜的現象。橋梁上部結構損壞大部分是碰撞、落梁同時發生。當年的汶川地震中，新文坪大橋就是這種破壞。

（3）下部結構震害。橋梁基礎與下部結構的破壞直接導致橋梁整體倒塌，并在震后難以對橋梁進行修復。橋梁墩臺和基礎的震害是由于受到較大的水平力，瞬時反復振動在相對薄弱的截面產生破壞而引起。根據大量震害實例[2]，長細比相對較大柔性橋墩所產生的破壞，多為彎曲破壞，也就是延性破壞，現場表現為：混凝土的鋼筋裸露壓潰、開裂、與壓彎等，并伴隨塑性變形。塑性變形破壞主要是由于橋墩縱向鋼筋搭接或焊接不牢、約束箍筋配設不足等引起墩的延性不足；長細比較小的橋墩的破壞大部分為剪切破壞，即脆性破壞，表現為：鋼筋切斷、混凝提斜破壞，混凝土大裂縫等。這種破壞主要是由于墩柱剪切強度不足引起。橋臺的震害除地基承載力失效（如砂土液化、邊坡滑移等）引發的橋臺滑移、傾覆外，還有橋梁上部結構發生的頂撞破壞。橋梁的基礎破壞也會發生，主要是由于場地土不均勻沉陷、土的液化導致的傾覆，或者因為橋梁上部結構下落產生的慣性力引起的樁基彎曲、剪切破壞等。因為基礎的隱蔽性，震后破壞不易發現，往往通過上部結構的震害體現出來，而且修復比較困難。

2 連續梁橋抗震設計建議

（1）抗震響應因素的影響分析。1）墩柱越高，墩底應力越大，墩頂的橫向位移和梁底的相對位移越大；2）隨著跨徑增大，梁的跨中彎矩和固定墩墩底彎矩先減小后增大，梁位于支座截面負彎矩逐漸增大，梁支座處的剪力先增大后減小，縱向位移逐漸增大；3）橋墩高度的變化直接影響梁端位移、梁體應力和墩底內力，適當地改變和調整墩高和跨徑，可以有效提高結構的抗震性能；4）隨著橋梁跨數量的增加，梁底和墩頂的相對位移增加，墩底豎向的剪力和彎矩增大；5）隨著橋墩剛度的增大，梁底和墩頂的相對位移先適度減小然后反彈，梁和墩的內力增大。因此，減小墩柱的剛度是橋梁結構有效的隔振設計方法；6）橫向約束減少，梁和墩的內力變小，對位移影響不明顯。

（2）抗震設計建議。1）橋梁工程設計分為多個階段，在不同設計階段有不同設計理念，工程可行性階段的抗震設計一般以意向設計為主要導向，結構構造設計和驗算為輔；在初設設計階段時，橋梁的抗震設計按照體系設計為主線，結構構造設計為輔；最后正式施工圖設計時，抗震設計按照設計規范要求，通過計算，以構造設計為主。橋梁的抗震計算一般是通過有限元模擬計算，橋梁結構的抗震概念設計和抗震構造設計相比較，后者更為重要；2）通過工可階段中橋梁抗震概念設計來選擇橋型、橋位。特別是對選址的選擇，應避免地質環境在地震時對橋梁的二次破壞。橋梁基礎應選擇在強度較高的基巖上；3）對大、特大橋梁要進行地震來臨時的安全性評價，特別大跨度橋梁和地理位置特殊的橋梁，還應該在規范要求上提高抗震設防標準。如將設計基準期由50年提高到100年，超越概率水平不變，而重現期約提高一倍；4）結構抗震設計方法已從傳統的強度理論向延性抗震理論過渡，目前所有的橋梁設計中，橋墩及基礎都將采用延性方法進行設計，這種是一種變“抗震”為“減隔震” 設計方法。因此，如何處理損傷和塑性變形能力之間的矛盾，將成為延性設計的關鍵；5）間隔震的設計方法，是一種既經濟又可靠的抗震措施。間隔震措施（基礎隔振和阻尼耗能技術）使結構不受損傷或損傷減小。上部結構要加強防落梁措施設計；下部構造要重視一聯中矮墩的設計；特別是結構剛度突變處（如樁基與墩臺間等）的構造設計。

3 結語

中小跨徑橋梁以板式橡膠支座居多，在設計時應允許橋梁支座軸線發生破壞。支座發生破壞的過程就是一個耗能的過程，破壞后，通過墩柱傳遞到橋梁上部結構的慣性力將大大減小，這是有益于抗震的。

公路橋梁的抗震設防目標為“小震不壞、中震可修、大震不倒”，此設防標準太過籠統。可以建議：應對結構不同構件、在不同水準地震作用下制定不同的設計目標，明確不同水準的地震作用下樁基礎、承臺、蓋梁、橋梁墩臺、支座、擋塊等主要構件的強度和延性指標，以便設計人員更好參考和掌握。

參考文獻：

[1]楊寬厚.城市橋梁抗震性能評估及加固方法研究[D].北京建筑工程學院，2012.

[2]徐國峰.高烈度區連續梁橋抗震設計初步研究[D].重慶交通大學，2009.

作者簡介：黃躍（1987-），女，碩士研究生，主要從事土木工程設計與管理。