关于桥梁抗震技术设计的探讨

摘要：桥梁工程又是交通网络中的重中之重，桥梁工程抗震研究的重要性不言而喻。抗震概念设计是指根据地震灾害和工程经验等获得的基本设计原则和设计思想，正确地解决结构总体方案、材料使用和细部构造，以达到合理抗震设计的目的。合理的抗震设计，要求设计出来的结构在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合，使结构能够经济地实现抗震设防的目标。

关键词：桥梁设计；隔震设计

中图分类号：U442.5+9文献标识码：A 文章编号：

1．桥梁结构地震破坏的主要形式

根据桥梁过去的地震破坏情况，除了如液化、断层等凼地基失效引起的破坏以外，混凝上桥梁最常见的破坏形式有以下四种：

1.1 弯曲破坏

结构在水平地震荷载作用下由于过大的变形导致混凝土保护层脱落、钢筋压屈和内部混凝土压碎、崩裂，结构失去承载能力。整个过程可以用以下四个阶段来描述：①当弯矩达到开裂强度时，截面出现水平弯曲裂缝；②随着裂缝的发展和荷载强度的提高，受拉侧的纵筋达到屈服强度；③随着变形量的增大，混凝土保护层脱落、塑性铰范围扩大；④钢筋压屈(或拉断)和内部混凝土压碎、崩裂。

1.2 剪切破坏(弯剪破坏)

在水平地震倚戟作用下，当结构受到的剪切力超过截而剪切强度时发生剪切破坏，整个破坏过程可以用以下四个阶段来描述：①截血弯矩达到开裂强度时，截面出现水平弯曲裂缝；②随着裂缝的发展和荷载强度的提高，柱内出现斜方向的剪切裂缝；③局部剪切裂缝增大，箍筋屈服导致剪切裂缝进一步增长；④发生脆性的剪切破坏。

1.3 落梁破坏

当梁体的水平位移超过梁端支撑长度时发生落梁破坏。落梁破坏是由于梁与桥墩(台)的相对位移过大，支座丧失约束能力后引起的一种破坏形式。发生在桥墩之间地震相对位移过大、梁的支撑长度不够、支座破坏、梁间地震碰撞等情况。

1.4 支座损伤

上部结构的地震惯性力通过支座传到下部结构，当传递荷载超过支座设计强度时支座发生损伤、破坏。支座损伤也是引起落梁破坏的主要原因。对于下部结构而言，支座损伤可以避免上部结构的地震荷载传到桥墩，避免桥梁发生破坏。

2．桥梁抗震设计原则

合理的抗震设计，要求设计出来的结构在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合，使结构能够经济的实现抗震设防的目标。要达到这个要求，就需要设计工程师深入了解对结构地震反应有重要影响的基本因素，并具有丰富的经验和创造力，而不仅仅是按规范的规定执行。以下为抗震设计应尽可能遵循的一些基本原则，这些原则基于历次的桥梁震害教训和当前公认的理论认识。

2.1 场地选择

除了根据地震危险性分析尽可能选择比较安全的厂址之外，还要考虑一个地区内的场地选择。选择的原则是：避免地震时可能发生地基失效的松软场地，选择坚硬场地。

2.2 体系的整体性和规则性

桥梁的整体性要好，上部结构应尽可能是连续的。较好的整体性可防止结构构件及非结构构件在地震时被震散掉落，同时它也是结构发挥空间作用的基本条件。无论是在平面还是在立面上，结构的布置都要力求使几何尺寸、质量和刚度均匀、对称、规整，避免突然变化。

2.3 提高结构和构件的强度和延性

桥梁结构的地震破坏源于地震动引起的结构振动，因此抗震设计要力图使从地基传入结构的振动能量为最小，并使结构具有适当的强度、刚度和延性，以防止不能容忍的破坏。在不增加重量、不改变刚度的前提下，提高总体强度和延性是两个有效的抗震途径。刚度的选择有助于控制结构变形；强度与延性则是决定结构抗震能力的两个重要参数。由于地震动可造成结构和构件周期反复变形，使其刚度与强度逐渐退化，因此，只重视强度而忽视延性绝对不是良好的抗震设计。2.4 能力设计原则

能力设计思想强调强度安全度差异，即在不同构件(延性构件和能力保护构件不适宜发生非弹性变形的构件统称为能力保护构件)和不同破坏模式(延性破坏和脆性破坏模式)之间确立不同的强度安全度。通过强度安全度差异，确保结构在大地震下以延性形式反应，不发生脆性的破坏模式。在我国以前的建筑抗震设计中，普遍采用“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”的设计思想。

2.5 多道抗震防线

应尽量使桥梁成为具有多道抵抗地震侧向力的体系，则在强地震动过程中，一道防线破坏后尚有第二道防线可以支撑结构，避免倒塌。因此，超静定结构优于同种类型的静定结构。但相对于建筑结构，桥梁在这方面可利用的余地通常并不大。

3．提高桥梁抗震性能的几点方法

抗震理念应该贯穿在整个桥梁的设计过程中，从设计方案开始注重桥梁的抗震性能，通过反复的实验和推敲来确定桥梁方案。实用的抗震方法，是通过增加结构的柔性来延长结构的自振周期，这样一来可以增加结构的阻尼并减小地震载荷，二来可以减小地震所引起的结构反应，实质就是减小地震的危害。目前来说，比较有效和容易实现的提高桥梁的抗震性能的方法有如下几种。

3.1 隔震支座法

隔震支座法是在抗震应用的较为广泛的方法。这种方法是通过增加结构的柔性和阻尼来减小桥梁的地震反应的。具体做法是采用减、隔震支座在梁体与墩、台的连接处，通过设计或是应用新材料来实现结构柔性和阻尼的增加。这个方法是有大量的实验理论依据作支撑的，很多试验的分析结果都反映出桥梁连接处的结构与对地震的反应是有着直接关系的。以上的连接方法可以有效的减小墩、台所受的水平地震力，从根本上减小了地震的影响，提高了桥梁的抗震性能。

3.2 利用桥墩延性

桥墩的延性是抗震设计中可以加以利用的特点。由于桥墩自身是具有延性的，将这一性质加强。在强震时，这些部位形成的稳定延性塑性铰可以产生弹塑性变形，这样变形将延长结构的周期同时耗散地震的能量。利用桥墩自身加强的延性，将地震力通过限度内的塑性变形渐渐分散，是在桥梁设计中比较容易实现的抗震方法。延性的抗震设计，需要根据弹性反应来计算塑性变形的程度，然后根据抗震等级进行修正，尽可能提高桥梁的抗震载荷。在桥梁的抗震设计规范中，综合影响系数用来反映塑性变形程度，所以根据综合系数可以知道桥梁的抗震能力。

3.3 采用隔震支座和阻尼器相结合的系统

隔震支座法可以提高桥梁的抗震性能，增加对地震力的阻尼也是提高桥梁性能的方法，将二者结合起来，抗震性能加倍。隔震支座和阻尼器可以在地震的作用下，加强桥墩的弹塑性变形从而耗散地震能量，使地震的危害减小，也就是加强了桥梁的抗震性。

3.4 引进新型桥梁的抗震设计方法

在传统的桥梁抗震设计中，主要方法是用“蛮力”，也就是通过提高强度和增强延性来保证可以抵御地震的能力，自身的力比地震的力大时，当然可以岿然不动。但是这种方法应用在实际中时，其抗震能力是不得而知的，而地震的作用也是无法预知的。当两个未知因素，在实际的情况时发生，与人们所期待的结果相反，桥梁自然遭到损害了，这样的例子在实际中是很多的。新型的桥梁设计多采用型钢混凝土结构，这种结构与传统的混凝土结构有着很多先进之处。因为型钢混凝土结构的承载能力高于同样外形的钢筋混凝土的一倍以上，而且前者抗剪能力、延性都明显的高于后者，这样抗震能力自然得到提到。除此之外，新型的型钢混凝土结构能够吸收、隔离和耗散地震能量，将桥梁的地震反应减小，从而避免了较大的变形造成的不可恢复的变形。这样的结构不但提高了桥梁结构的安全度，而且还可以节约材料、降低造价，可以说是首选的抗震方法。

4．结语

随着对地震机理认识的逐步加深,提高和完善桥梁结构物的各项功能,以及桥梁抗震构造措施进一步的改进和完善,可以很好地达到桥梁结构的防震和抗震效果。而桥梁抗震加固技术研究已经有了较好的基础,建议针对我国公路桥梁的特点,得出适合于我国公路桥梁的抗震加固技术,并推广应用,为提高我国公路桥梁的抗震性能和抵御地震灾害的能力提供可靠的技术保证。

参考文献：

[1]韩鹏，孟.浅谈桥梁抗震设计方法与减隔震技术[J].山西建筑,2009,(16).

[2]宋巨锋,王小旭.桥梁的抗震设计浅析[J].科技资讯,2009,(02).