抗震設計在鋼結構橋梁中的應用分析

劉康 宋興禹 陳艷麗 朱炳喜 李琳

摘? 要：在對鋼結構橋梁進行設計的過程中，為了使橋梁抗震能力進一步提高，設計人員應實施抗震設計，保障橋梁的穩定性，有效預防地震災害。該文先對抗震設計的相關概念以及抗震設計的原理進行總結，并對當前常見的震害進行分析，從多個角度總結當前抗震設計的主要問題，最后以實際橋梁設計為依據，對其抗震設計應用過程進行分析，旨在提高橋梁的抗震性能。

關鍵詞：鋼結構橋梁? 抗震設計? 應用? 分析

中圖分類號：S611? ?文獻標識碼：A? ?文章編號：1672-3791（2021）10（b）-0000-00

Application Analysis of Seismic Design in Steel Structure Bridge

LIU Kang1 SONG Xingyu1 CHEN Yanli2 ZHU Bingxi2 LI lin2

（1.School of Building Science and Engineering， Yangzhou University， Jiangsu， Yangzhou Province， 225000 China; 2.Jiangsu Institute of Water Conservancy， Jiangsu， Nanjing Province， 210000 China）

Abstract： In the design process of steel structure bridges， in order to further improve the seismic capacity of bridges， designers should implement seismic design to ensure the stability of bridges and effectively prevent earthquake disasters. Firstly， this paper summarizes the relevant concepts and principles of seismic design， analyzes the current common seismic disasters， summarizes the main problems of current seismic design from multiple angles， and finally analyzes the application process of seismic design based on the actual bridge design， in order to improve the seismic performance of the bridge.

Key Words： Steel structure bridge; Seismic design; Application; Analysis

在橋梁施工過程中，鋼結構的應用越來越廣泛，橋梁的穩定性也隨之增加。為了使橋梁的抗震性能進一步提高，設計人員應提高抗震設計水平，保障鋼結構橋梁的抗震性能符合規范要求。

1 抗震設計的相關理論

1.1 概念

抗震設計也被稱為減隔震設計，主要包含隔震技術和減震技術兩個方面。相較于減震技術，隔震技術具有特殊的震動周期。當發生地震的過程中，隔震技術可以對地震能量起到緩沖的作用，使鋼結構橋梁受到的地震能量進一步降低，從而起到保護橋梁的作用。而在實施減震設計過程中，關鍵部門的耗能構件以及阻尼具有重要作用。

1.2 抗震設計的原理

1.2.1 結構控制

在對鋼結構橋梁結構實施設計過程中，常見的控制技術主要有如下幾種：第一，混合控制技術;第二，被動控制技術;第三，主動控制技術。而在實施抗震設計過程中，主要依靠的理論為被動控制技術。設計人員通過對橋梁結構進行合理安排，可以使地震對結構的影響降到最低。通過對當前實踐進行分析可知，在實施抗震設計時，結構控制可以使橋梁的抗震性能進一步提高。

1.2.2 延性設計

在對鋼結構橋梁進行抗震延性設計過程中，設計人員應以橋梁結構受力特點為依據，選擇合適的位置對塑性鉸進行設置，并對細部結構的細節進行合理設計，保障橋梁穩定性。實施延性設計的主要目的是：在地震發生過程中，可以使地震能量進一步降低，使橋梁結構整體性進一步提高。當地震等級較高時，合理進行延性設計可以防止鋼結構橋梁產生坍塌。但是在實施眼形設計過程中，會使橋梁結構性損害可能性進一步提高，因此設計人員應采取必要的隔震措施，使橋梁結構所受的剪力得到控制[1-2]。

2 鋼結構橋梁的主要震害類型

2.1 上部結構震害

以震害產生因素對震害進行分類，主要有位移震害和結構震害。而上部結構震害主要為位移震害，產生損害的主要原因為扭轉受力，還伴隨著橫向位移和縱向位移。發生位移震害主要區域為伸縮縫，當上部位移遠超支撐面時，會出現落梁震害的可能，這主要是因為限位構造已無法滿足使用要求。墩臺支承寬度不符合要求也是導致落梁的原因，在地震作用下，墩臺和梁會產生位移，最終導致落梁震害。

2.2 附屬工程震害

在地震的作用下，下部墩柱、橋臺連接處與主梁為橋梁結構中較為薄弱的位置，當附屬工程限位能力不符合要求時，會產生臺胸墻剪斷、支座脫離主梁等問題。

3 當前抗震設計的不足之處

3.1 抗震設計應用規范存在漏洞

在對鋼結構橋梁實施建設過程中，抗震設計應用歷史較短。到目前為止，部分發達國家的抗震設計已經較為規范，而我國對抗震設計技術則較為不成熟。例如：在實施抗震設計過程中，設計人員缺乏實踐經驗和理論技術，我國的抗震設計應用規范仍存在較多漏洞。在對鋼結構橋梁實施抗震設計過程中，結構的細節構造具有重要作用，當設計存在問題時，會使其抗震性能受到嚴重影響。由于我國抗震設計規范不統一、檢測標準不完善，使我國鋼結構橋梁抗震設計受到較大的阻礙。除此之外，在對鋼結構橋梁實施建設過程中，施工單位為了一己私利，使用不合格產品進行建設，也會使橋梁抗震性能受到影響。

3.2 缺乏抗震設計應用方法

為了使鋼結構橋梁的抗震性能發揮出最大水平，在實施抗震設計過程中，設計人員不但應對橋梁所在區域的地震等級進行分析，還應結合橋梁抗震設備進行設計。在此過程中，設計人員不但要對不同等級地震災害進行分析，還要總結在地震作用下鋼結構橋梁所受的影響，工作量較大。

4 工程概況

4.1 鋼結構橋梁工程概況

某工程一標段主要包括主線1號橋、主線2號橋2座主線橋梁，起點樁號為K93+228，終點樁號為K94+788。其中主橋1號橋上部結構為現澆等高度預應力混凝土箱梁、雙塔雙索面鋼結構拉橋以及三塔雙索面鋼結構斜拉橋;主線2號橋上部結構為裝配式鋼混工字組合連續梁和現澆等高度預應力混凝土箱梁。橋臺為樁柱式橋臺、肋板式橋臺;下部結構墩橋為蓋梁式花瓶墩、矩形花瓶墩;墩臺基礎為鉆孔灌注樁。

4.2 抗震設計主要依據標準

對橋梁規模進行劃分可知本工程中的橋梁為大橋。通過對相關抗震規范進行分析可知，該橋為B類抗震設防，其主要抗震設防目標有：該橋為大橋，根據《公路工程抗震規范》（JTG 1B02—2013） 中的相關規范，該橋主橋抗震設防分類為B 類。該橋主橋的抗震設防目標為：在E2地震作用下，橋梁不會出現嚴重結構損傷或不會發生倒塌，采取臨時加固措施后，橋梁仍可用于應急交通;在E1地震作用下，橋梁不需經過修復仍可投入使用或橋梁結構未被破壞。設防水準：E2地震所對應的概率在50年時間內，超越概率為2%，且其重現期應為2 500年;E1地震所對應的概率在50年內，超越概率為10%，且其重現期應為475年。

以我國地震規劃圖為基礎，結合地震危險性概率進行分析可知，該橋梁應設計7度的抗震設防雷度，場地類別為Ⅱ類，場地特征周期為0.4 s，地震加速度為0.1 g。

5 鋼結構設計過程中主要破損位置

在對鋼結構橋梁進行設計過程中，其主要組成部分為鋼結構，在連接鋼板時，采用焊接、螺栓連接等進行連接，因此在整個鋼結構橋梁中，各個連接節點為其薄弱部位，發生地震時，這些位置極易出現破損，在受到劇烈搖晃時，節點極易出現裂縫，若被二次沖擊，橋梁會出現斷裂等問題。因此，在實際施工過程中，為了使鋼結構橋梁的抗震設計效果進一步提高，施工人員應對節點進行實施檢查，保障其穩定性 [3-4]。

6 鋼結構橋梁中抗震設計的主要應用

鋼結構具有延展性良好、抗震性能較高、整體強度優越等優點，與此同時，在施工過程中，其對環境污染較小，具有良好的環保性。在對鋼結構橋梁實施抗震設計過程中，設計人員應分析其抗震性能。

6.1 梁柱剛性連接實施抗震設計

由于栓焊混合連接形式具有施工簡便、構造簡單等特點，因此該方式為我國常用的梁柱剛性連接方式，但是該種連接形式極易產生斷裂，需定期實施補焊。為了使節點部位的塑性轉動能力進一步提高，施工人員應在抗剪板和梁腹板的位置進行補焊施工 [5-6]。

6.2 合理選擇抗震設計場地

在對鋼結構橋梁進行施工過程中，其地震時鋼結構的反應以及橋梁抗震能力均與施工場地有關，為了使橋梁抗震性能進一步提高，應選擇土質堅硬的場地進行設計，當所選場地地基為軟土時，設計人員還應對地基處理方式進行優化。

6.3 合理優化結構總體布置

在對橋梁建筑形狀進行設計過程中，為了使其受力性更加明確，設計人員應保障橋梁形狀的規則性，在發生地震之后，規則的橋梁形狀一定程度上可以降低損害。因此，在對橋梁實施抗震設計過程中，設計人員應以橋梁功能為依據，簡化橋梁結構，使橋梁剛度中心和質量中心偏差得到控制。

7 結語

在社會發展過程中，涌現出大量的新型科技，橋梁設計也不例外。橋梁作為城市建設的重要基礎設施，其設計科學性和精準性將決定城市的交通發展水平和社會發展水平。而抗震設計作為鋼結構橋梁穩定性的重要因素，在橋梁建設中具有重要作用，為了降低地震災害對橋梁的影響，設計人員應從多個角度出發，總結國外先進的設計經驗，對鋼結構橋梁每個細節進行優化，使其整體抗震性能進一步提高，從而達到提高橋梁穩定性和安全性的目的。

參考文獻

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