公路橋梁抗震措施

李鑫成

摘 要：地震由于其難預測性及較為嚴重的破壞性是保證橋梁結構的安全性的重要考量之一，同時確立合理嚴謹的抗震措施對于減輕地震及其次生災害具有現實的意義。本文通過對我國公路橋梁地震破壞特點的總結，結合新版抗震規范提出公路橋梁抗震措施，以期為公路橋梁抗震設計與施工提供借鑒參考。

關鍵詞：抗震設計規范;地震破壞特點;抗震措施

0 引言

我國主要位于環太平洋地震帶和歐亞地震帶，大陸板塊經年累月受四周板塊的擠壓和撞擊作用，地致使我國地震活動頻繁發生，使得我國每年均有不同程度的地震災害發生，時刻威脅著我國人民的生命財產安全。我國地震總體呈頻度高、強度大、分布廣、震源淺的特性，地震在發生位置分布上特點是東少西多，大都分布在五個地域：臺灣省、西南地區、西北地區、華北地區、東南沿海地區和23條地震帶上，其中我國西南地區是地震發生較多的區域，青藏高原向云貴高原和四川盆地的過渡地區是地震的發生頻率最高的區域，進入20世紀后，我國共遭受6級以上地震約800次，分布在除貴州、江浙兩省和香港特別行政區以外所有的省市區;在傷亡人數的地理分布上特點是東多西少，主要是由于東部地區人口眾多且稠密，致使人民在自然災害發生時傷亡嚴重。

近年來，我國由于地震而造成的死亡人口數逐年呈減少趨勢，是由于伴隨著科技的發展，我國基礎設施建設抗震理念逐步加深，防震、減震方法措施大力推廣，抗震能力大大提升。但同時我國因為地震造成的經濟損失卻逐年攀升，其緣由為緊隨著中國經濟迅速騰飛，在單位面積上投入的資產密度大大增加。

因此，對于我國公路橋梁抗震能力的要求逐步提升，如何保證在地震時橋梁上行人行車的安全，甚至在罕見的強烈地震作用下橋梁結構少破環，不塌落，可維修，便成為了當前橋梁工程師的主要研究方向。

1 公路橋梁抗震設計規范

公路橋梁抗震設計規范在我國隨基礎設施建設歷經了多次完善和修訂，參考日美等國的《公路橋梁抗震設計細則》于2008年實施，其確立了我國公路橋梁抗震設計方面的中心思想、計算模型與計算方法;吸收了近年來新的研究成果和歷年設計經驗的《公路橋梁抗震設計規范》于2020年實施，為我國橋梁抗震設計提出了適應性的改善。

根據《中國地震動峰值加速度區劃圖》（GB 18306-2015），全國地震動峰值加速度0.1 g（抗震設防烈度為Ⅶ度）及以上地區的面積為58%，0.2 g（抗震設防烈度為Ⅷ度）及以上地區的面積達到了18%，按照《公路橋梁抗震設計規范》（JTGT 2231-01—2020）規定，對Ⅵ度地區的A類橋梁和Ⅶ度及以上地區的A類、B類、C類、D類橋梁必須進行抗震分析[1]，因此公路橋梁尤其是高烈度地區橋梁設計中應著重考慮地震作用對橋梁安全的影響。

2 我國公路橋梁地震破壞特點

我國公路橋梁在地震作用下源于上部結構直接承受結構自身慣性力作用使得橋梁結構發生嚴重損毀的實例較罕見，源于橋梁下部結構在地震作用下損壞而致使上部結構損壞則是我國過公路橋梁結構損毀的主要成因，橋梁下部結構通常的損壞方式有以下幾種：

（1）橋梁下部墩臺結構在地震作用下的產生的相對位移大于橋梁主梁的支承長度，致使橋梁上部結構在縱橋向位移過大而導致上部結構塌落而破壞（如汶川百花大橋落梁）。

（2）墩臺結構的擋塊被破壞而致使上部結構在橫橋向塌落而破壞。

（3）上下部結構連接的支座等構造處在地震作用下由于自身抗剪承載力較弱而被剪壞，致使上部結構塌落而破壞。

（4）橋梁墩柱的塑性鉸區域的抗彎、抗剪承載力較差，導致橋梁墩柱破壞。

（5）橋梁墩柱、樁基礎鋼筋的連接部位及其錨固性能較差，導致橋梁墩柱破壞。

（6）松軟地基上的橋梁在地震時由于地層滑移導致墩臺移位造成破壞。

3 結合抗震規范提出抗震措施

3.1 合理選擇橋位和橋型

橋梁位置的選擇在橋梁設計中非常基礎與關鍵，由于松軟區域較易在地震作用下使得其地質自身失穩，應盡可能避開而優先選擇堅硬的地域作為橋址區域，通常情況下，橋位多選在硬黏土地基、基巖和堅硬的碎石地區，盡力避開素填土、細砂等不良的地質條件區域。

橋型的合理選用對于提高橋梁抗震性能尤為關鍵，設計人員需要結合項目區域的建設環境及地質地層實情，依據工程實踐經驗及周邊建設項目的實例，合理選擇上部、墩臺以及基礎的結構形式，充分進行優缺點比選。在保障經濟性、安全性滿足項目建設要求的前提下，優先選用受力合理，采用高強材料的橋梁結構，以提升橋梁結構具抗震、減震能力。

3.2 防落梁的措施

08版《公路橋梁抗震設計細則》指出橋梁上部結構主梁的支承長度a≥70+0.5L（L為梁的計算跨徑，L單位為m，a單位為cm）[1]，但嚴格按此取值是不保守的，例如：汶川大地震時，部分橋梁的蓋梁寬度滿足細則中的要求，但還是發生了縱向落梁[3]，因此對于“長橋高墩”類型的橋梁應保證上部結構支承長度有更多的安全富余。20版《公路橋梁抗震設計規范》中指出簡支梁橋和連續梁橋上部結構梁端至墩、臺帽或蓋梁邊緣的距離a≥50+0.1L+0.8H+0.5Lk且不應小于60 cm[2]，充分綜合考慮了橋梁聯長、跨徑和橋墩高度對橋梁的綜合影響，增強了適用性。在公路橋梁設計過程中同時應該設置主粱限位裝置與縱向防落梁構造，增強抗震性能。

橫橋向抗震擋塊的破壞在橋梁地震破壞形式中也較為普遍，由此凸顯了現階段對于擋塊設計較為簡單粗暴的問題，通常是因為擋塊尺寸較小，配置的受力主筋配筋較少，擋塊于梁板之間未設置減震橡膠墊塊，擋塊與梁體之間預留的5 cm縫隙在施工時往往難以保證。針對此情況在對擋塊進行設計時，應合理設置擋塊尺寸、優化主筋配置、設置減震橡膠塊、在梁與擋塊間設計預留5 cm～10 cm的間隙以確保橋梁橫向不落梁。

3.3 支座形式和布置方式

由于地震作用下一聯內上部結構的水平地震力是通過各墩臺的剛度進行分配并傳遞的，一聯內若有墩梁固結的存在，則會導致橋梁全聯受到的地震作用很大一部分由墩梁固結位置下的橋墩承受，使得橋墩在地震厚很快損毀，使得全聯橋梁破壞。關于不等跨和相鄰墩高差距較大的橋梁，較大跨徑所在橋墩和較矮的橋墩由于集成剛度較大會產生較大的地震力，設計時應盡量避免以上情況的出現，實在不能避開時宜設置抗震支座調整橋墩整體的合成剛度。

3.4 橋墩鋼筋配置

為確保橋墩不發生脆性損壞，在設計中應確保橋梁墩柱的受力縱筋和螺旋箍筋組成鋼筋骨架，在地震作用下橋墩中混凝土在豎向受壓、橫向膨脹時，螺旋箍筋主要用于約束混凝土的橫向膨脹趨勢，尤其是塑性鉸區域內混凝土，即可明顯的提高橋墩墩柱的抗壓承載能力，同時適度提高墩柱內縱筋的配筋率，亦可提升混凝土墩柱的延性，加強橋墩的抗震性能。

在橋墩設計中應依據抗剪計算結果來配置箍筋的使用，確定合適的箍筋間距，Ⅶ度及以上橋址區應經過計算選用墩柱構造尺寸大小，確保塑性鉸區處于墩柱之上，塑性鉸區鋼筋應嚴格按照規范計算確定選擇合理的加密方式。在實際施工過程中，蓋梁、承臺中構造鋼筋很多，螺旋箍筋布設與施工較為艱難，故此位于蓋梁、承臺中的加密箍筋應采調整為使用環形箍筋。

4 結束語

橋梁建設關系到國家的基礎設施建設，關系到國民經濟發展，設計工作者需不斷提升與完善，以更好地服務與公路建設，20版《公路橋梁抗震設計規范》的實施，我國橋梁抗震方面將有新的卓有成效的措施以提升設計建設水平。

參考文獻：

[1]TG/TB02-01-2008，公路橋梁抗震設計細則[S].北京：人民交通出版社，2008.

[2]JTGT 2231-01-2020，公路橋梁抗震設計規范[S].北京：人民交通出版社，2020.

[3]莊衛林，劉振宇，蔣勁松.汶川大地震公路橋梁震害分析及對策[J].巖石力學與工程學報，2009，28（7）：1377-1387.