解析市政桥梁抗震设计

摘要：我国属于多地震国家，对市政桥梁进行抗震研究，对市政建设起着重要作用。本文介绍了桥梁抗震设计原则，对市政桥梁进行抗震分析，提出了市政桥梁设计中存在的问题，并提出了解决方法，促进了抗震设计方法的提高。

关键词：市政；桥梁；抗震；设计

中图分类号：U445 文献标识码：A

引言

地震历来都是严重危害人类社会的自然灾害。如果震区的交通线遭到破坏，就会给救灾工作造成巨大困难，作为交通线中的关键环节，桥梁结构的抗震性能就成为人们特别关心的问题。在吸取震害经验教训的基础上, 随着对地震产生的机理、地震动特性以及地震作用下结构动力响应特点、破坏机理、构件能力的研究及认识的深入发展, 桥梁抗震设计方法也得到极大的发展。

1桥梁抗震设计原则

根据历次的桥梁震害教训和当前公认的理论认识，学界普遍认为桥梁抗震设计应尽可能遵循以下这些基本原则，以使桥梁结构在强度刚度和延性等指标上取得最佳的抗震效果。

1.1场地选择

桥梁选址应避免地震时可能发生地基失效的松软场地，而应在坚硬场地上建设桥梁。基岩、坚实的碎石类地基、不稳定的坡地都是危险的场地。当不得已而选在软弱地基上，设计时要提高基础整体性，尽可能地减小地震造成的不均匀变形；在地基稳定的条件下，还应考虑地基和结构的振动特性以防产生共振。

1.2体系的整体性和规则性

桥梁的整体性要好，以防止结构构件在地震时被震散掉落，上部结构应尽可能是连续的，这样有助于较好地发挥空间作用 桥梁在里面和平面结构的布置上，应尽量使质量、刚度和几何尺寸对称、均匀，不得突然变化。

1.3结构和构件的强度和延性

地震动引起的结构振动是地震导致桥梁结构破坏的主要原因，所以从地基传入结构的振动能量越小越好，因而在设计中尽量使结构具有适当的强度、刚度和延性，延性和强度是决定结构抗震能力的两个重要参数，而刚度的选择有助于控制结构变形。

1.4能力设计原则

以往的桥梁设计思想认为结构各构件都具有近似相等的安全度较为理想，即不让结构中

存在薄弱点。但实际上各构件的重要程度是有差别的，所以抗震结构中不应采取等安全度设计思想。能力设计思想强调强度安全度差异，也就是在不同构件与不同破坏模式间确立不同的强度安全度，以确保结构在大地震下以延性形式反应，避免出现脆性破坏模式。这种思想与建筑抗震设计中的“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件“的原理是相同的。

1.5多道抗震防线

设计中应尽可能地使桥梁体系具有多道抵抗地震侧向力的防线，使得地震过程中，一道防线破坏后仍有其他防线可支撑结构，防止倒塌。

2市政桥梁抗震分析

要想建立正确的抗震设计方法、采取有效抗震措施，对市政桥梁震害及其产生的原因的调查和分析是必不可少的。从世界各国的地震震例统计资料看 ，市政桥梁的震害现象主要有以下几种：1）对梁式桥梁地震位移造成上部活动节点处因盖梁宽度设置不足导致落梁或梁体相互碰撞引起的破坏 ，而对拱式结构则主要表现在拱上建筑和腹拱的破坏 ，拱圈在拱顶、拱脚产生的破损裂缝 ，甚至整个隆起变形；2）由于地震造成的地基土液化 ，加大了地面位移从而加剧了结构反应 ，大大增大了落梁的可能性；3）对支座的抗震要求考虑不足造成支座发生过大的位移和变形从而造成支座本身构造上的破坏等，进而对结构的其他部位产生不利的影响；4）桥梁下部结构抗力不足导致的地震时下部开裂、变形和失效，进而对全桥的不利影响；5）地震时使得在松软地基上的桥梁在发生河岸滑移导致全桥长度的缩短而造成的比较严重的震害。以下分析落梁、墩柱、节点和桥台破坏以及基础破坏、桩身破坏三者原因。

2.1落梁

落梁的原因一般是因为支承连接部件失败：固定支座强度不足、活动支座位移量不够、橡胶支座梁底与支座底发生滑动，在地震力作用下支座破坏，致使梁体发生位移导致落梁。墩台支承宽度不满足防震要求，防落梁措施设不合理，在地震力作用下，梁、墩台间出现较大相对位移，导致落梁现象的发生。伸缩缝、挡块强度不足 ，在地震力作用下伸缩缝碰撞破坏挤压破坏、挡块剪切破坏 ，都起不到应有作用 ，导致落梁。

2.2墩柱、节点及桥台破坏

此类破坏多发生在墩柱塑性铰处、墩柱与盖梁连接处，墩柱与系梁连接处，地震力作用下桥墩纵向受力筋被剪断，直接导致桥梁的倾覆。

2.3基础破坏、桩身破坏

其原因是桥位通过地震断裂破碎带，地震力作用下基础出现移位、沉降 ；桥位位于液化砂土地质中，基础出现不均匀沉降。

3设计问题的分析与解决

3.1总体设计中问题的解决方法

总体设计是桥梁抗震设计的基础，而桥位的选择则是桥梁抗震总体设计过程的核心在选择桥址时，需避开地震时地基可能失效的松软土地，选择相对坚硬场地 坚实碎石地基基岩硬黏土地基可以说是比较理想的桥址地；人工填土 饱和松散粉细砂极软的黏土地基和不稳定坡地则都属于危险地区拱桥在设计中需要避免跨越地质断层，在特殊困难的情况下则必须进行安全性评价。

选址之外，总体抗震设计中的桥梁选型也是一个重要步骤桥梁选型应结合地质条件地形条件震害经验工程规模等因素，综合考虑后选择合理的桥型以及墩台基础型式 在选型过程中要采用经济合理 技术先进 便于修复加固的桥梁结构体系同时还要考虑采用型钢混凝土结构等减震结构桥孔应该尽量选择有利抗震的等跨布置，同时尽可能避免高墩大跨的结合需要做到自重轻体形简单刚度与质量均匀分布便于施工重心低 位于震后可能形成泥石流的沟谷上方的桥梁，孔跨与桥下净高应根据地质地形的情况酌情增大

3.2减震设计中应当注意的要点

结构刚度对称格外有利于抗震而不等跨桥梁则更容易发生震害尤其是桥梁墩身高度差距过大时较矮的桥墩上将产生极大的水平地震力，大跨径桥孔的桥墩上也会产生很大的地震力设计上需要尽可能避免在高烈度区选用这种桥型，若无法避免这种情况，则应当在不利墩上采取抗震支座等消能措施以降低桥墩墩顶集成刚度。

斜桥的抗震性能是比较低的，由于其抗推刚度很大，在高烈度区，桥墩的基本周期动力放大系数也很大，这种情况会直接导致震灾加剧此外，地震时桥台处河岸不稳，容易向河心移动，缩短桥长，使得桥孔发生扭转或错动，进而导致墩台的台身折断或开裂在地基条件允许的情况下，台身可以做成U型或者T 型等整体性较强抗推刚度高的形状，也可以采取埋置式 松软的地基上建造的桥梁应该当正交，同时适当加大桥长，尽可能将桥台置于稳定的河岸上。

在可能出现地震液化现象的地基上建造桥梁时，需采用深基础，让桩与沉井穿透可能液化土层，埋入较稳定密实的深层土质加强桥体下部的支撑梁板或者采用满河床铺砌，尽可能保持四铰框架结构，严防墩台在震灾发生时移动高烈度地区大跨径桥梁抗震设计过程中，纵向梁间要设置消能设施，所设计的设施要有足够的强度，同时还需要满足梁端位移的要求除此之外，为了防止落梁，需注意加强上 下部结构间的联系 桥梁的支座采用的销钉锚栓剪力键等部件都要有足够的强度。

3.3概率性抗震分析方法

随着人们对地震认识的进一步深入，由于震源与介质中许多偶然因素的影响，地震动具有明显的随机性，意识到地震过程具有明显的随机特征，宜将地震动作为随机过程来模拟。随机反应研究的问题是，在已知统计特征的随机干扰下，求结构体系反应的统计特征，即平均值、方差、相关函数、谱密度等，或具有给定概率的最大值。 功率谱法较充分地考虑了地震发生的统计概率特性，是一种概率性分析方法。

功率谱法有以下几个优点：①无须寻找振型组合方法，可以直接使用峰值因子乘以计算所得方差得到反应的最大值，物理概念清晰，具有明确的概率意义。虽然对具体结构的峰值因子确定有一定困难，但它是一个数值，确定它容易操作，何况已经建立了相应的理论计算方法，对于不同的结构或构件，也可以通过数值模拟技术确定。② 功率谱密度只与地震动过程性质相关，而与阻尼比等结构特性无关。③目前的完全二次方组合(CQC)等常用的反应谱组合方法和工程人造地震波合成方法都需要借助于功率谱这一中间环节。功率谱法在分析复杂的桥梁结构模型上，仍然受到计算方法的困扰而在工程领域远未得到充分应用，其瓶颈则是计算的复杂性和低效率。

结束语

随着我国某些地区地震频繁发生，对于市政桥梁而言，其抗震性能的好坏势必会对人民生命财产造成重大影响。首先必须从设计角度出发，充分考虑震害相关原因，在结构上增加其抗震效果；在实际工程实践中，应根据不同的结构形式和设计要求合理选择抗震设计方法。

同时，我国相关部门需要针对存在的问题，积极做出相应改善，努力推动我国建筑工程结构性安全，力求快速达到国际标准，为我国国家和人民带来更为有效地安全保障。

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