桥梁震害与抗震设计

【摘要】地震破坏产生的后果严重。认识桥梁的震害及其原因，理解抗震设计理念，做到合理设计，对公共安全有着很重要的作用。

【关键字】 桥梁；地震破坏；结构设计

中图分类号： K928 文献标识码： A

1前言

认识桥梁的震害及其原因，是做好桥梁抗震设计工作的前提，才能保证桥梁在地震中的可靠性、安全性，以减少损失，发挥其在抗震救灾中的作用。已建桥梁的结构形式多为简支梁和连续梁桥。所以本文重点讨论梁桥。

2地震中公路桥梁破坏的主要原因

一，桥址处山体崩塌滑坡等次生灾害引起的桥梁破坏。二，场地剧烈运动引起结构过大的振动而产生强大惯性力导致的强度破坏。三，场地过大的相对变位引起的结构内力或位移破坏及长周期地震导致的结构破坏。

3地震中公路桥梁破坏主要形式分析

3.1桥梁的整体坍塌

桥梁整体坍塌是因为桥梁所处位置山体多出现崩塌、滑坡等地质灾害, 位于山下的桥梁受到滑坡及崩塌体的巨大冲击力而断裂倒塌。因此，桥梁在选址上应该尽量避免断裂层和地质病害多发段。

3.2落梁破坏

落梁破坏是指桥梁上部结构在地震力的作用下梁移过大，而导致梁体的整体滑落。梁体的过大位移还会导致伸缩缝和挡块的破坏，出现上部结构梁体相碰撞等。产生落梁破坏是由于支座约束梁体的位移能力不足和挡块的强度不够，缺乏必要的防落梁措施。

防落梁措施主要有以下几种：一、加大墩梁搭接长度，墩梁搭接长度实际上应该是梁与支座垫石的搭接长度，特别是垫石较高的情况，所以垫石的顺桥向宽度宜设置至墩边，这样可以增大墩梁搭接长度。二、纵向、横向约束装置。这种装置必须有足够的强度，同时不能妨碍支座变形。

3.3支座滑移破坏

支座滑移破坏是地震发生时常见的一种破坏形式。是梁体与支座之间的相对滑移。梁体在巨大的惯性力作用下带动支座滑移产生的破坏。所以支座应有一定的强度要求。但由于梁体与支座间出现相对滑动, 对于桥墩和基础实际上起到隔震效果, 使得墩柱和基础损伤一般较轻。所以在支座选择时，不仅要考虑支座本身的安全，还应考虑支座对整个结构影响的作用。

3.4墩柱破坏

墩柱破坏分为墩柱弯曲破坏和墩柱剪切破坏。

墩柱弯曲破坏是指由于在地震力作用下墩柱的抗弯承载力不足而导致墩柱破坏。其具体形式为墩柱一侧的混凝土被压溃而另一侧混凝土出现大裂缝。多发生在墩的底面。由于桥墩在破坏过程中出现塑性变形和刚度下降，降低了地震力的破坏强度，所以这种破坏形式通常可以避免桥梁在地震中发生倒塌。墩柱弯曲破坏是因为墩柱的延性设计不足即横向箍筋配置不足; 二是构造上的缺陷: 箍筋搭接失效、纵向筋过早切断锚固长度不足、箍筋端部没有弯钩等。而相应的措施是进行结构延性设计。

墩柱剪切破坏是指由于在地震力作用下墩柱的抗剪承载力不足而导致墩柱破坏，其具体形式为墩柱四周的混凝土全部发生粉碎性破坏。一般发生在帽梁与墩柱连接处、墩柱与承台的连接处。这种破坏形式是导致桥梁倒塌的主要原因。

墩柱剪切破坏的原因是墩柱的抗剪强度不足即横向箍筋配置不足，其解决方法是进行能力保护设计。

3.5基础破坏

基础破坏主要表现在地基土破坏和桩身破坏。地基土破坏主要为地层震陷和砂土液化。基础破坏表现在基础顶端混凝土破裂。因此设计时应避免基础作用于地震带、液化土层及软土上。而对于桩基础应进行能力保护设计。

3.6桥台破坏

桥台破坏是由于地震时自身受到的地震力、台后地震主动土压力及上部结构的撞击力导致的破坏。表现在桥台本身开裂、破坏，桥台后填土挤压桥台挡土墙等。

4地震分级设防理念

分级设防采用“小震不坏， 中震可修，大震不倒”的分级设防理念, 规定了在不同等级的地震激励下桥梁结构应具有不同的抗震性能。

“小震不坏”， 要求桥梁在遭遇低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不损坏，不修理任然可以继续使用;“中震可修”，要求桥梁在遭遇相当于本地区抗震设防烈度的设计地震影响时，有限损坏，经及时修后理任然可以继续使用; “ 大震不倒”，要求桥梁在遭遇高于本地区抗震设防烈度的预估地震影响时，不至于坍塌，结构严重损坏，但任然可以加固后恢复交通。

5桥梁抗震设计方法

现在主要采用反应谱法及动态时程分析法进行桥梁的抗震设计。

反应谱方法用于抗震设计包括两个基本步骤: 第一步是根据强震记录统计用于设计的地震动反应谱; 第二步是将结构振动方程进行振型分解，将物理位移用振型广义坐标表示。最后，将各振型反应最大值组合起来设计。

反应谱的优点是，第一步工作只需做一次，一旦设计反应谱确定后，反应谱的计算工作只限于第二步上。反应谱的最大缺点是原则上只适用于线性结构体系的抗震设计。

动态时程分析法，重要的建筑物、大跨径桥梁和其它特殊结构物开始采用多节点、多自由度的结构有限元动力计算方法，把地震强迫振动的激振―地震加速度时程直接输入，对结构进行地震时程反应分析，这通称为动态时程分析。动态时程分析法可以精确地考虑结构、土和深基础相互作用，以及地震波相位差及不同地震波多分量多点输入等因素建立结构动力计算图式和相应的地震振动方程。同时，考虑结构几何和材料非线性以及各种减震、隔震装置非线性性质的非线性地震反应分析更趋成熟与完善。

6桥梁抗震结构合理设计

虽然地震强度高是桥梁损坏的主要原因, 但桥梁结构刚度高度不规则, 连接件设置不合理, 结构本身设计缺陷在客观上加剧了结构的破坏。因此，桥梁结构在构造上还应满足一定的要求：

在高烈度地震区尽可能采用整体规则性好的桥梁结构, 结构的布置要力求几何尺寸、质量和刚度均匀、对称、规则, 避免突然变化。从几何线形上看, 尽量选用直线桥梁。不适宜采用斜交桥。

采用板式橡胶支座的桥梁,如支座与上部结构间没有连接移约束措施, 混凝土挡块在地震中可以牺牲, 可以有效减少下部结构所受地震力。但对于这种类型的桥梁抗震设计的关键是: 怎样采用合理的梁体限位装置、设置足够的梁墩合理搭接长度控制梁移在不发生落梁的范围又不增加墩柱地震力。

7结语

在地震作用下，结构构件的损伤是不可避免。广大桥梁设计者不仅要考虑通过传统的结构抗震设计方法即依靠增加结构构件的尺寸、配筋从而提高结构自身的强度、变形能力来抗震的，也应考虑通过适当选择塑性铰的发生顺序和细部延性设计以防止结构的倒塌。

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作者简介：吕美燕（1988-）女，重庆交通大学硕士研究生，主要从事桥梁抗震方面的研究