有关桥梁震害及抗震设计问题的探讨

【摘要】桥梁作为城市交通重要的基础设施之一，其结构安全、稳定与否对交通的正常运行具有极大的意义和影响，如果发生意外将对社会生产生活产生巨大的不利影响，桥梁不像陆地上面的公路，在发生地震等自然灾害后可以在短时间内得到抢修使其正常的通车运行，桥梁的建设和抢修是需要长时间的，是一项长久的工程。所以，针对桥梁在交通中的重要性，本文主要从桥梁的震害方面和桥梁抗震设计问题方面对我国的桥梁工程进行了分析探讨，以期能够对我国的地震灾害起到重大的防范作用，对人民的生命财产的保障提供基础。

【关键词】桥梁震害，抗震设计，问题探讨

中图分类号：K928.78 文献标识码：A 文章编号：

一.前言

近些年来，我们可以看到地震的发生频率是相当的高的，在短短的几年里，从四川的汶川地震到两年后的玉树地震和舟曲的泥石流，再到今年的雅安地震，光在我们国家地震都发生了数次，对我国的国民经济和人民的生命财产造成了巨大的损失。面对着人类无法阻挡的自然灾害，我们能够做的也只是预防，在预防地震方面，我国交通中主要采用加强桥梁的抗震能力，从力学上面来对桥梁的韧性和抗震性能做出完美的抗震设计，这样做，不仅仅是抗震必需的，同时，也可以减少因桥梁问题二引起的交通事故的发生。

二. 桥梁震害分析

调查与分析桥梁的震害及其产生的原因是建立正确的抗震设计方法，采取有效抗震措施的科学依据。

国内外学者对桥梁震害的调查研究结果表明，桥梁震害主要表现为：

1.上部结构的破坏

桥梁上部结构本身遭受震害而被毁坏的情形不多，一般都是由于桥梁结构的其他部位的毁坏而引起的。

2.支座连接部位的震害

这中破坏比较常见，由于连接部位的破坏会引起力传递方式的变化，从而对结构其他部位的抗震产生影响，进一步加重震害。这种破坏是抗震设计中最关注的问题之一。

3.下部结构和基础的震害

在桥梁倒塌的事故中占关键的是下部结构的损坏，同时它也是地震灾害后非常难以抢修的部分，它的维修需要耗费大量的人力和物力，也需要比较长的时间，这常常是施工人员不愿看到的。除了桥梁地基受到毁坏以外，由于反复振动在相对薄弱的截面产生破坏，桥梁的墩台也会受到严重的损伤，由大量的地震灾害后桥梁的损坏情况来看，地震灾害对桥梁的损坏不仅仅是基础部分的伤害，而且对其内部结构也造成了非常大损坏，这些损坏如果不能得到及时恰当的解决，为日后的交通正常运行埋下了巨大的事故隐患。

三. 地震对桥梁的破坏形式

1.桥梁上部结构受水平力作用滑落(汶川百花大桥落梁)；

2.桥墩塑性铰的抗弯、抗剪强度不足，导致桥墩破坏(日本阪神大量墩柱破坏);

3.桥墩、桩基础钢筋的连接及锚固性能不足，导致桥墩破坏(最为常见);

4.桥梁支座等连接部位破坏(最为常见)。

四.桥梁设计与抗震措施

1.防止落梁的措施

根据汶川地震后的调查表明横桥向抗震挡块的破坏非常普遍，2010年玉树震区桥梁调查也存在同样问题，说明当前挡块设计存在薄弱的问题，主要表现为构造尺寸偏小，主筋配筋偏少，挡块内侧缺少减震橡胶块，特别是在斜弯桥设计中应比直线桥具备更多的考虑。

2.支座形式和布置方式

由于长期以来被工作人员所忽视，支座形式在现在也成为桥梁抗震建设设计所要考虑的因素之一，普通橡胶支座是现代在桥梁基础建设中比较常用的，但是，根据已有的地震灾害后桥梁的损坏调查情况看普通橡胶支座在遭到地震破坏后加剧了桥梁损伤，所以我们建议对于那些处于地震活跃带的区域的交通桥梁可以考虑选择其它的稳定性和安全性好的支座。

3.柱式桥墩的合理设计

柱式墩是桥梁设计中最为常见的结构形式，日本阪神地震中显示出大量圆形独柱墩崩溃性破坏，汶川地震相关资料表明矩形墩要优于圆形墩，抗震设计中应首先尽量避免选用抗震性能差的圆形独柱结构，同时优先选择矩形截面形式。其次应重视桥墩中间的横梁设置，横梁刚度不宜过大，避免导致“强梁弱柱效应”的出现，造成结构的第一塑性铰出现在墩柱之上，而不是横梁上，致使结构失效。

4.关于地震与桥梁的加固

地震与桥梁加固涉及两个方面，一是震后的桥梁加固，二是对抗震能力不足的老桥进行加固。

五.桥梁总体抗震设计中应注意的问题

1.选址

桥梁的总体设计是抗震设计的基础，若是总体设计不合理，再好的抗震设计也很难发挥出应有的作用。在桥梁总体抗震设计中，桥梁选址是最为关键的环节，按照现行的CJJ166-2011中的有关规定，桥位的选择应当在工程地质勘察及专项的水文地质调查的基础上，根据地质构造的活动性、场地的实际地质条件以及边坡稳定性等因素进行综合评价，并按照表1中的内容查明城市桥梁抗震有利、不利和危险地段，以便从中选出最有利于抗震的地段作为建设桥梁的地址。

2.选型

在总体抗震设计中，桥梁结构的选型也是较为重要环节，具体选型时应当充分结合工程所在地的地质及地形条件、以往震害经验、本次工程规模大小等因素进行综合考虑后，选择最为合理的桥型、墩台和基础型式。在选型的过程中，应当遵循经济性、合理性、技术先进性、易于养护维修等原则，并且还应当考虑采用型钢混凝土结构等减震结构。

3.桥孔

桥孔的布置应当尽可能采取有利于抗震的等跨布置方式，最好不采用高墩、大跨的结合，并做到以下几点：自重轻、刚度和质量均匀分布、体形简单、重心低、易于施工等。

六.桥梁减震设计中的关键性问题

1.通常情况下，不等跨的桥梁结构更容易发生震害，而结构刚度对称则有利于抗震。特别是桥梁墩身高差较大时，较矮的桥墩上会产生出更大的水平地震力，所以在地震烈度较高的地区尽量不要选用这种桥型，一旦采用应在不利的墩上通过抗震支座措施降低墩顶的集成刚度，以此来提高墩身的抗震性。

2.在众多桥梁形式中，斜桥的抗震性相对较低，由于其抗推刚度较大，在地震烈度较高的地区，桥墩的基本周期动力放大系数也会相应增大，这样很容易造成震灾加剧。为此，在地基条件的允许的情况下，墩台的台身应做成T型或是U型，也可以采取埋置式，而位于松软地基上的桥梁则应当采取正交，并适当加大桥梁长度。

3.若是桥梁需要建造在有可能出现地震液化情况的地基上时，应当采用深基础，借此来使桩基与沉井穿透可能发生液化的土层，从而埋入到较为稳定密实的深层土体当中。

4.板式橡胶支座是我国中小跨度桥梁普遍采用的形式，桥梁的梁体直接搁置于支座上，并且没有使用螺栓将支座与梁底、墩顶相连。在汶川地震中，这类支座布置形式的桥梁抗震能力较差，在地震的作用下致使梁底与支座顶面产生相对滑动，进而产生梁移，严重的甚至发生了落梁破坏。由于板式橡胶支座的抗滑性难以满足桥梁抗震设计要求，所以应当采用减隔震桥梁设计，或者加设墩梁位移约束装置，以防止桥梁在地震中发生落梁破坏现象。

七.结束语

通过上面对我国桥梁的震害和抗震设计的分析，我们认识到桥梁震害对桥梁在地震发生后能否交通继续正常运行起着决定型的作用，对桥梁震害及抗震设计问题的分析是具有重大的现实意义，由于我国的桥梁基于以往的建设经验，有一部分并未采用抗震的措施，这一旦发生重大的地震将造成无法预知的后果。因此，我们应该做好对地震灾害的提前预防，在桥梁建设方面，以设计建设抗震性能较好的桥梁来保障震后的交通正常运行。

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