浅析桥梁抗震设计分析

摘要：地震作为一种破坏力巨大又难以预料的自然灾害，其强震的发生往往会带来巨大的生命财产损失。现在许多桥梁结构在地震作用下的破坏已经暴露出现行抗震设计规范的不足，要想对结构的抗震性能作出一个比较准确的了解就需要新的观念和新的方法[]。

关键词：桥梁 抗震 设计

中图分类号： TU997文献标识码： A

一、桥梁的抗震设计原理

目前桥梁的抗震设计计算原理是建立在一定假设条件基础上的，尽管分析的手段不断的在提高，分析的理论不断的在完善，但由于地震作用的复杂性，地基影响的复杂性以及桥梁结构体系本身的复杂性，可能会导致理论计算分析和实际情况相差很大。现常见的桥梁抗震设计方法有：设计静力法、反应谱法和动态时程分析法。下面就分别对应不同的假设条件和设计原理做一探讨。

（一）静力法

静力法把地震加速度看作是桥梁结构破坏的惟一因素，忽略了结构本身动力特性对结构反应的影响，应用存在较大局限性[

]。事实上只有绝对刚性的物体才能认为在振动过程中各个部分与地震动具有相同的振动，所以只对刚度很大的结构例如重力桥墩、桥台等结构适用静力法近似计算。

（二）反应谱法

反应谱方法是目前我国公路及铁路桥梁采用的重要方法。其思路是对桥梁结构进行动力特性分析，对各主振动应用谱曲线作某强震记录的最大地震反应计算，最后一般通过统计理论对各主振型最大反应值进行组合，近似求得结构的整体最大反应值。

（三）动态时程分析法

动态时程分析法是上世纪60年代以后伴随有限元法、计算机技术两方面的发展而出现的。该法把大型桥梁结构离散成多节点、多自由度的结构有限元动力计算模型，将地震强迫振动的激振直接输入，借助计算机逐步积分求解结构反应时程。

二、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。  

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。 

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。 

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。 

三、桥梁的抗震设计方法和抗震要点

1、桥梁抗震的设计方法

采用减隔震支座。

采用减、隔震支座(铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座等)在梁体与墩、台的连接处增加结构的柔性和阻尼以减小桥梁的地震反应；采用减、隔震支座桥梁结构的梁体通过支座与墩、台相联结，大量的试验和理论分析都表明采用减震支座对桥梁结构的地震反应有很大的影响，在梁体与墩、台的联结处安装减、隔震支座能有效地减小墩、台所受的水平地震力。

利用桥墩延性减震。

利用桥墩的延性减震是当前桥梁抗震设计中常用的方法，桥墩延性减震是将桥墩某些部位设计得具有足够的延性，以便在强震作用下使这些部位形成稳定的延性塑性铰产生弹塑性变形来延长结构周期、耗散地震能量。

采用减震的新结构。

型钢混凝土结构是在混凝土上包裹型钢做成的结构。它与钢筋混凝土结构相比具有一系列优点,其承载力可以高于同样外形的钢筋混凝土构件承载力一倍以上，具有较好的抗剪能力，延性比明显高于钢筋混凝土结构，滞回曲线较为饱满，耗能能力有显著的提高，从而呈现出良好的抗震性能。能够隔离、吸收和耗散地震能量，同时可以节约材料，降低造价。

2、减震设计中的要点

(1)结构的刚度对称有利于抗震，不等跨的桥梁容易发生震害。

特别是一座桥内墩身高度相差过大，在较矮的桥墩上会产生很大的地震水平力，跨径不同。在大跨径的桥孔的桥墩上也产生大的地震力。设计上应尽量避免在高烈度区采用这种桥型，如无法避免,宜在不利墩上设置消能措施降低墩顶集成刚度，如设置抗震支座等。

斜桥的抗震性能较差。

由于斜交桥的质心和扭转中心并不重合,导致了在地震反应当中上部结构有旋转的趋势。在地震中，斜交桥相对于正交桥更易遭到破坏。另外，地震时桥台处河岸不稳，易向河心滑移，使桥长缩短,桥孔发生错动或扭转,造成墩台身开裂或折断。如地基条件允许，可采用T型或型这类整体性强、抗扭刚度大的桥台。如在松软的地基上，桥梁宜正交,并适当增加桥长，使桥台放在稳定的河岸上。

四、小结：

桥梁结构有效的抗震措施还有许多， 此我们在桥梁设计过程中须认真分析和了解结构的地震反应和特性，精心设计并采取一系列有效的抗震措施。桥梁抗震设计是一项系统工程，体现在设计的各个阶段，需要认真对待。

参考文献：

[1] 范立础，胡世德，叶爱君.大跨度桥梁抗震设计[M].北京:人民交通出版社，2001

[2] 宋晓凯.桥梁抗震设[M].山西建筑，2007 

[3] 严家伋. 道路建筑材料第三版[M].北京：人民交通出版社，2004.01

[4] 刘滨谊．桥梁规划设计[M]．东南大学出版社，2002

[5] 赵永平，唐勇. 道路勘测设计[M].北京：高等教育出版社 ，2004.08

作者简介：黄神忠（1984.09～），男，汉族，广西贺州人，大学本科学历，广西华蓝设计（集团）有限公司助理工程师，主要从事道路、桥梁设计工作和研究。

蓝仁楷（1985.12～），男，壮族，广西武宣人，大学本科学历，广西华蓝设计（集团）有限公司助理工程师，主要从事道路、交通、结构工程设计工作和研究。

梁稀（1983.11～），男，瑶族，广西平果人，大学本科学历，广西华蓝设计（集团）有限公司助理工程师，主要从事道路、交通设计工作和研究。