橋梁結構抗震設計的相關方面及抗震設防措施

周丹

摘要：隨著我國經濟的快速發展，公路工程的規模在不斷擴大，而橋梁是公路工程的關鍵。我國是一個地震災害發生率較高的國家，地震對橋梁的破壞不僅與建造橋梁所處的地形、地質有關，也與橋梁自身結構類型相關。下面就橋梁結構抗震設計的相關方面及抗震設防措施進行了簡要闡述，意在為同行作參考。

關鍵詞：橋梁結構；抗震設計；設防措施

1、橋梁震害原因分析

震害導致橋梁破壞的起因有兩個方面：①橋梁受震破壞。地震對橋梁造成破壞主要是因為橋梁受震后產生水平與豎直振動，導致橋梁結構破壞，嚴重的話，會造成橋梁坍塌。②地表破壞。主要表現為：地裂會縮短或伸長橋梁跨度，或造成墩臺下沉；強烈地震發生在陡峭山區亦或是軟粘土、砂性土河岸附近時，將引起山石滾落或岸坡滑動，進而破壞橋梁結構；在淺層飽和疏松砂土處，地震作用還容易產生砂土液化，造成橋梁驟然下沉，嚴重的話，將導致橋梁傾倒。

2、抗震設防標準解析

抗震設防標準是橋梁抗震設計中的首要問題，同技術性、經濟性相關，主要涉及到橋梁的重要性分類、抗震設防目標及設防地震動。我國現在的公路橋梁抗震設計中的設防地震動標準偏低且僅有一級水準，加之我國當前現行的《公路工程抗震設計規范》于1980年末發布，至今已有20多年的歷史，由于當時對結構地震的反應規律認識有限及我國經濟的發展水平不高，導致此規范在抗震設計理念和設計方法上均有一定的不足，而當前國際上產生一些諸如計算方法、抗震要求及抗震設計理念等新的理論，進一步要求我國應加快修訂與完善相關設計規范的工作進程。

3、橋梁抗震設計理念

消震是通過減弱震源振動強度達到減小結構振動的方法。由于震源難以確定且規模宏大，目前還沒有行之有效的措施將震源強度減弱到預定水平。

沖擊減震是依靠附加活動質量與結構之間的非完全彈性碰撞達到交換動量和耗散動能而實現減小結構地震反應的技術。實際應用時，一般在結構物的某部位懸掛擺錘，結構振動時，擺錘撞擊結構，使結構振動衰減。

耗能減震是通過采用附加子結構或一定的措施，消耗地震傳遞給結構的能量。由于耗能裝置消耗掉一部分能量，所以結構本身所需消耗的能量就減小了，即意味著結構反應減小。從力學觀點看，耗能裝置的作用相當于增大結構阻尼，從而使結構反應減小。

隔震是通過某種裝置，將地震動與結構隔開，來減弱或改變地震動對結構作用的強度或方式，要達到這個目的，可通過延長結構的基本周期，避開能量集中的范圍，從而降低結構的地震力。但通過延長結構周期以達到折減地震力，必然伴隨著結構位移的增大，為控制過大變形，可通過在結構中引入阻尼裝置，以增加結構的阻尼來減小結構的位移，還可同時降低結構的動力加速度。

4、抗震設計注意問題

4.1橋梁減震設計

①對斜橋而言，在高烈區，其抗震性偏低，抗推剛度極大且橋墩的基本周期動力放大系數同樣很大，這勢必會加劇橋梁震害；同時發生地震時，橋臺處河岸不夠穩定，有向河心偏移趨勢，縮短橋長，造成橋孔產生錯動，使墩臺臺身發生開裂甚至折斷的現象。如果地基條件允許，可采取T型或U型臺身，這種形狀具有較高的抗推剛度，整體性也很強。②在大跨徑橋梁設計過程中，尤其是高烈度地區，縱向梁間應布置效能設施，而且所設計的設施應有較強的強度且能夠達到滿足梁端唯一的要求。③相比較于不等跨橋梁，對稱性的結構剛度更有利于抗震，不容易產生震害。在橋梁墩身高度差距過大的情況下，不僅相對矮的橋墩上會產生較大的水平地震力，在大跨徑橋孔的橋墩上同樣會產生極大的地震力。因此在設計方面，應盡量避免選用此類型的橋型。④當在可能產生地震液化現象的地基上建造橋梁的情況下需采用深基礎，讓樁與沉井穿透可能液化土層，埋入較穩定密室的深層土質。加強橋體下部支撐梁板亦或采取滿河床鋪砌，最大程度上維持四鉸框架結構，防止墩臺在發生震害時產生移動。

4.2橋梁抗震設計

①在橋梁抗震設計中，總體設計是基礎工作，而選擇橋位是總體設計過程中的核心工作。在橋位的選擇過程中，應選擇比較堅硬的場地，如：硬黏土地基、堅實碎石地基等都是相對理想的橋址地點，盡量避開松軟土地、不穩定坡地及極松軟的黏土地基。同時在設計中，應避免跨越地質斷層，如有必要還應進行安全性評價；②橋孔需要選擇有利于抗震的等跨布置，并且最好避開大跨與高墩的結合；應做到體形相對簡單、自重輕及質量和剛度均勻分布，同時方便施工；③在橋梁抗震設計中，橋梁選型也是一個關鍵程序。橋梁選型應結合多種因素，如：工程規模、地形與地質條件及震害經驗等進行綜合地考慮，同時采用經濟上合理、技術上可行的橋梁結構體系，確定最佳橋型，確保橋梁抗震總體設計最優。

5、相關抗震設防措施

加強橋梁的防落梁的構造。無論是何種橋型都應對地震情況下的橋梁結構水平運動進行充分考慮，布設足夠強大的橫向限位構造。結合當前的設計現狀，我國絕大多數的設計院在設置擋塊的過程中，通常設置的尺寸寬在20～30cm，鋼筋只配到12mm。

支座形式與布置方式。長期以來，我國對支座選型沒有較多的關注，常規橋梁大多采取普通的橡膠支座，但根據近年來我國某些地區震后的調查表明：普通橡膠支座破壞之后會使橋梁損傷加劇。因此在支座形式上，推薦根據橋梁設防的要求采用合理的支座類型?；镜卣饎臃寮铀俣确逯胆R0.1g地區，建議選用減震型橡膠支座。另外，支座布置的合理與否極為重要。連續橋梁設置固定支座后，要注重考慮固定支座設置對抗震的負面影響，最好不要選用一個固定支座，其余墩是活動支座的布置方式，應充分考慮各墩水平受力的均衡分擔。

柱式橋墩的合理設計。在橋梁設計中，柱式墩較為常見的結構形式。在抗震設計中，推薦采用抗震性能較強的矩形墩；同時應注重橋墩間的橫梁設置，其剛度最好不要過大，防止弱柱強梁的現象。結構剛度的均衡時設計的總原則，能力保護是另一個設計原則。為使結構體系中的延性構件同能力保護構件產生強度等級差異，保證結構構件不形成脆性破壞，在延性細部構造的設計過程，要確保墩柱縱筋與箍筋形成整體性骨架，在混凝土橫向膨脹與縱向受壓的情況下，箍筋對縱筋的約束作用至關重要，縱筋給與混凝土的約束延性作用同樣很大，因此各國規范對縱筋配筋率的要求均有所提高。橋墩是支撐橋梁主體的重要構件，鑒于橋梁結構下柔上剛，致使橋墩很容易產生破壞，主要表現在墩身開裂、剪斷。我們要按照抗剪計算對箍筋進行配置，采取合理的箍筋間距，考慮箍筋的搭接構造細節。

6、結語

綜上所述，對橋梁結構抗震設計相關問題進行分析具有極其重要的現實意義。在常規性橋梁結構設計中，第一，要達到震害發生時橋梁上部構造橫向位移的要求，選用合理的支撐長度并采取防落梁結構措施；第二，要考慮支座的類型及合理的布置；第三，考慮橋墩的延性構造細節。同時為應對頻發的地震災害，橋梁設計相關人員應特別注重橋梁抗震設計工作，運用自身所學專業知識與實踐經驗，加強橋梁結構抗震能力，降低地震災害造成的不利影響。

參考文獻：

[1]雷艷妮：《橋梁結構抗震分析的一點淺見》[J]城市道橋與防洪，2013（08）

[2]張晏文/李敬超/普瓊達娃：《談基于性能的結構抗震設計理論》[J]山西建筑，2013（08）

[3]張明/肖光輝/李春寶：《地下結構抗震設計方法的比較與選擇》[J]門窗，2013（02）