橋梁抗震設計原則與設計方法

高月

摘 要：設計人員與相關工作人員需要仔細對待橋梁工程的抗震設計，其主要表現在每個環節當中，是一項非常關鍵的系統工程項目。在對橋梁的抗震性能進行設計時，有大量應該重視的部分，應該持續的對其就那些探索與分析，優化橋梁的抗震設計技術，才可以具備較好的抗震性，在地震出現時能夠給人們的生命健康與財產安全提供保障。

關鍵詞：橋梁抗震;設計原則;設計方法

橋梁工程在交通運輸中作為連接人與人之間的紐帶，在我國的基礎建設過程中發揮著非常關鍵的作用，但是由于我國許多地區都存在著地震狀況，對橋梁進行抗震優化就顯得非常重要。本篇文章重點探討了地震給橋梁造成的破壞，與對橋梁進行抗震設計時需要堅持的原則和設計方法。當前我國內外較少涉及到對地震作用下橋梁結構破壞程度分析，于是我國的地震局研究場所對建筑物在各種程度下的地震程度進行量化式研究。但是，并沒有對各種橋梁在余震中的抗震能力展開詳細的分析，評估橋梁震后的抗震能力并對其進行加固依舊是確保結構在地震中依舊具備通行作用的關鍵措施。

1 橋梁抗震設計的基本原則

1.1 嚴格選擇橋梁建設地點，綜合評估建設地安全指數

通常來說橋梁建設的首要步驟就是要對橋梁的建設位置進行選擇，而選擇的依據包括了：其一，應該根據地震發生的區域進行劃分，按照地震出現的幾率與級別來展開判斷與研究，找到部分不會輕易出現地震或在地震出現時不會遭受大量影響的地區;其二，與當地的地形條件相結合，在施工操作更加方便的地點，能夠在地震發生時便于操作人員與財產進行分散與轉移;其三，要合理的對當地的地質狀況進行考慮，最好分辨出其中持力層更好的區域，防止在地震過程中導致土質松軟而抗震無效。

1.2 重點關注橋梁的綜合性設計，嚴格參照規范標準

對橋梁進行整體性的優化設計能夠提高橋梁的剛度，在地震出現時降低碎石塊的掉落量，在對橋梁進行設計時，無論是平面還是立面的設計都應該最大化參照基本的科學規律，采用合理的規格尺寸，在橋梁材料的應用上必須滿足相應的硬度與要求，進而防止突然出現大量嚴重的物理性或化學性改變。另外，在結構設計過程中，最好對橋梁的上部結構運用連續性的結構。

2 地震對橋梁的破壞

2.1 橋梁震害的表現形式

橋梁在市政交通中是非常關鍵的構成要素，只要橋梁在地震時出現坍塌現象，就會使得交通通行癱瘓，給人員疏散與物資運輸造成影響，就會十分妨礙地震的救援實施。而地震給橋梁造成的破壞重點分為這幾種普遍形式：

2.1.1 支座損傷

地震會極大的提高支座的荷載能力，大于其承載力，進而導致損毀、破壞形成。因為支座受損就無法將地震的慣性力傳輸給下部結構，從而成功的防止地震荷載力轉到橋墩造成橋梁損毀，并且支座損傷也會使得橋梁落梁被損毀。

2.1.2 剪切破壞

在產生地震時，橋梁會由于地震振動，使得橋梁所承受的剪切力大于自身的剪切強度，導致出現剪切破壞的情況。而剪切破壞重點分為這幾個環節：其一，在橋梁的橫截部位剪切彎矩大于本身強度時，就會使得截面產生縫隙;其二，因為地震時會加大荷載強度，而在橋梁柱當中漸漸的在傾斜部位出現剪切裂縫;其三，在地震的持續晃動下，會漸漸的變得彎曲使得剪切裂縫逐漸增大，最終橋梁會由于地震的出現導致剪切破壞。

2.1.3 彎曲破壞

由于地震的荷載功能，導致橋梁的構造產生變形，而變形太嚴重就會使得橋梁上的混凝土脫落、當中的混凝土崩開與鋼筋彎曲的情況出現，進而造成橋梁結構的功能喪失。導致彎曲破壞重點劃分為四個環節：地震導致的水平彎矩大于橋梁本身的承受力就會形成裂縫;接著由于地震荷載強度的不斷加強，使得裂縫逐漸增加;而橋梁的形變逐漸嚴重，使得橋梁塑性加強，混凝土保護層掉落，最終導致橋梁產生彎曲破壞。

2.2 橋梁震害的關鍵因素

導致橋梁震害的因素重點涵蓋了：（1）在橋臺或橋墩部位出現重心偏移或縫隙、斷開等情況，結構穩定性降低;（2）砂上液化和地基不牢，地基的晃動肯定會使得整個橋梁出現松動坍塌;（3）地震導致的連續作用力，讓橋臺、橋墩與支座偏離原來的位置發生碰撞，增加橋梁損毀;（4）在對橋梁進行設計時的構造不恰當，各個部件當中的連接設施出現問題，這些現象都會相應的降低抗震性能。

3 橋梁抗震設計方法

3.1 基于性能的抗震設計

這種設計形式指的是在各個程度的地震狀態下，會使得結構性能可以實現預定的目的，在抗震設計中運用綜合思想。主要是經過強度較大的地震后，可以把人的傷亡情況與財產損失拘束在提前設置的目標當中，在地震之后，依舊能夠將以往中心在宏觀性的目標轉化為量化的多重目標。抗震設計所追求的將不會僅僅存在與對人民的生命財產進行保護，并通過多目標、多層次的方式展開抗震設計，最大化的在各種風險程度的地震中達到對應的性能目標，保護人民的安全。

3.2 巧用橋墩延性

由于橋墩存在一定的延性，能夠將該特點運用在抗震設計當中，在地震等級較強時，會在橋墩位置產生穩定延性塑性鉸，從而使得彈塑性發生形變，在將結構周期延長的同時還會將地震中形成的大部分能量進行消耗，所以通過橋墩對自身延性的強化，讓震力利用限度中的塑性從外部延伸，在橋梁設計過程中時較為容易采取抗震措施。通過延性的抗震設計，應該按照彈性反應對塑性變形的程度進行計算，再按照抗震等級調整，以增強橋梁的抗震載荷。

3.3 設計新型橋梁

以往的橋梁抗震設計，重點是利用增強強度與延性來對地震力進行對抗，其可靠性主要源自于橋梁的抗震力比地震力小。然而地震力造成的破壞性在大部分情況下是不能準確估計的。一旦地震力大于設計值，橋梁要想在地震中完好無損具有一定的困難性。所以，對于該種問題，橋梁的研究人員創建了一種較新的橋梁構造為型鋼混凝土結構，相對傳統的混凝土構造有著較高的性價比與先進的技術優勢。由于型鋼混凝土構造的承載性在同樣的條件下時鋼筋混凝土的2倍，并且抗剪能力、延性也更強一些。再加上，新型結構在對能量的吸收、隔開與分散環節有著更多的優勢，可以一定程度上降低橋梁在地震中產生的反應，進而合理的防止由于變形導致的危害，不但增強了橋梁結構的安全性，又可以減少造價，是橋梁抗震設計中最重要的方法。

3.4 基于位移的設計方法

及時基本位移的設計形式早就出現了，可是一直到現階段才有更進一步的發展，變成了能夠使用在橋梁設計中進行抗震的方法。它主要應用造結構強度不夠的情況下，而使得強度較弱的因素為：大量規范因為經濟等因素所限制，在對地震防控功能進行設計時，允許結構物質產生可塑性的彎曲改變，在此基礎上，只的將結構性能的衡量標準進行更改，采用更加恰當的脆性結構或不得使用會出現非彈性影響的構件。該設計方式將結構的變形當做變量，最后的設計結果把構件的強度當成主要參數。

3.5 多階段設計手段

要想在一定程度上確保人民群眾的生命健康，減少地震后造成的經濟損失，在對橋梁施工進行預防操作之后，應該持續的優化改革。當中應該關注的因素非常多，例如：地震的形成原因、特殊性能與大力作用下各種類型的構造特征、構件能力等等。這都應該讓設計人員在研究分析過程中持續的總結經驗教訓，將以往單調的設防水準進行改革，轉化成雙水準或者三水準，將以往的一階段設計轉化成兩階段、三階段，更嚴重的還會轉化成更多的水準與階段。

4 結束語

在進入21世紀至今，地震變得逐漸頻繁地出現在世界各個地區，對現代橋梁進行抗震優化設計時存在的問題也越來越變成了廣大人民群眾所重視的焦點。因為橋梁建筑施工在交通網絡中發揮著關鍵的作用，所以對橋梁進行抗震優化的價值也是無可厚非的，怎樣增強橋梁的抗震性能變成了目前橋梁結構設計人員的關鍵任務。

參考文獻：

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[2]郭磊，李建中，范立礎.直接基于位移的結構抗震設計理論研究進展[J].世界地震工程，2015，21（4）：157-164.