淺談橋梁的抗震設計與措施

王靜 高軍

摘 要：進入21世紀以來，地震越來越頻繁地在世界各地發生，現代橋梁建筑的抗震性能的設計問題也逐漸成為廣大人民群眾所關注的熱點問題。由于橋梁建筑工程是交通網絡的關鍵要素，因此橋梁的抗震設計的重要性也是不言而喻的。為達到橋梁合理的抗震性能，橋梁結構設計師應通過以往的工程項目以及地震災害等經驗所獲得的正確的基本設計原則及設計思想，從而可以更好地解決橋梁建筑結構上、材料以及方案上的問題，這也是橋梁抗震概念設計的精髓所在。橋梁合理的抗震設計就是使橋梁的抗震結構在強度、剛度以及延性上有最佳的組合，從而可以有效而又經濟地達到抗震的目標。本文便從橋梁受到地震破壞的主要形式上、橋梁抗震設計的設計原則上以及橋梁抗震設計的相關問題三方面對橋梁的抗震進行探討，從而詳細地分析了現代橋梁建筑的抗震設計。

關鍵詞：橋梁；抗震設計；抗震性能

中圖分類號：U448文獻標識碼： A

0 引言

地震具有突發性和強破壞力的特點，通常對公路工程具有極大的破壞作用致使嚴重的交通中斷。橋梁作為“生命線工程”的重要組成部分，在地震發生后發生損壞坍塌，會給緊急救援和抗震救災帶來更多困難，不僅阻礙當前的救災行動，還會影響災后的恢復工作，因此應對橋梁抗震給予重視。

1橋梁結構地震破壞的主要形式

1.1 彎曲破壞

在地震的荷載的作用下，橋梁結構會產生變形，由于過大的變形會導致橋梁混凝土層的脫落、內部混凝土崩裂以及鋼筋屈服的現象的發生，從而導致橋梁結構喪失承載能力。彎曲破壞主要也有一下四個階段：①當地震帶來的水平彎矩超過橋梁自身的開裂強度時，就會產生裂縫；②隨著地震的荷載強度的提高，縱筋也會慢慢屈服，裂縫會繼續發展；③橋梁的變形會越來越大，從而導致了橋梁塑性鉸范圍增大以及混凝土保護層的脫落；④發生彎曲破壞，混凝土的崩裂以及鋼筋的屈服。

1.2 剪切破壞

當地震發生時，橋梁在地震水平倚戟的作用下，橋梁受到的剪切力超過了自身的剪切強度便會發生剪切破壞。剪切破壞主要有以下四個階段：①當橋梁截面的剪切彎矩超過自身的強度時，截面便會出現裂縫；②由于地震時荷載強度越來越高，橋梁柱內會逐漸出現斜方向的剪切裂縫；③隨著地震的繼續發生，箍筋會慢慢開始屈服便會導致剪切裂縫越來越大；④最后橋梁便會因地震而發生脆性的剪切破壞。

1.3 落梁破壞

落梁破壞是當梁體的水平位移超過了橋梁梁端的支撐長度時，橋梁與橋墩之間的相對位移逐漸增大從而使支座失效喪失了對橋梁約束能力的一種破壞形式。當支座受到破壞、橋梁的支撐長度不夠、梁間因地震而產生碰撞時常常會導致落梁破壞的發生。

1.4 支座破壞

上部結構的地震慣性力通過支座傳到下部結構，當傳遞荷載超過支座設計強度時支座發生損傷、破壞。支座損傷也是引起落梁破壞的主要原因。對于下部結構而言，支座損傷可以避免上部結構的地震荷載傳到橋墩，避免橋梁發生破壞。

2 橋梁抗震設計的設計原則

早在20世紀70年代，多級抗震設防的思想首先在核電站抗震設計中被提出。多級設防的合理性眾所周知，從近幾年各國橋梁抗震設計規范的發展來看，采用多級設防原則的國家不斷增多，我國《建筑抗震設計規范》（GBJ11—89）也早已采用2階段設計實現3級抗震設防的目標要求。根據3級抗震設防原則，定義以下的3級地震水平：

地震水平Ⅰ：定義為橋梁在正常使用壽命期間發生的大概率的地震作用。這個地震水平一般相當于50年內超越概率60%左右，即約為55年一遇的地震，稱為多遇地震。

地震水平Ⅱ：定義為橋梁在正常使用壽命期間發生的中等概率的地震作用。這個地震水平一般相當于50年內超越概率10%左右，即約為475年一遇的地震。

地震水平Ⅲ：定義為橋梁在正常使用壽命期間發生的小概率地震作用。這個地震水平一般相當于50年內超越概率2% 左右，即約為2475年一遇的地震，稱為罕遇地震。

上述這個原則實際上也規定了結構在3級地震水平下相應的反應：在多遁地震作用下，結構總體處于彈性反應范圍，結構構件沒有損壞；在設防烈度的地震作用下，結構可能出現一定的塑性變形，但最大變形值應限定在遠低于結構的容許變形以內；在罕遇地震作用下，結構將經歷較大的彈塑性變形循環，最大變形可能達到結構的容許變形值，但始終不超過容許變形值。

3. 橋梁抗震設計的相關問題

3.1上部結構抗震設計措施問題

1、盡量采用連續橋跨

盡量采用連續的橋跨代替簡支梁跨，進而減少伸縮縫的數量，降低在此落梁的可能性，同時也提高了橋上行車的舒適性。

2、橋跨不宜太長

地震區橋跨不宜太長，大跨度意味著墩柱承受的軸向力過大，從而降低墩柱的延性能力。

3、簡支橋梁加固措施問題

對常規的簡支橋梁結構，首先，應加強橋面的連續構造，在梁與梁之間、梁與橋臺之間應采用鋼筋拉桿連接，以及需提供足夠的加固寬度以防止主梁發生位移落梁，另外還應適當加寬蓋梁及支座的寬度，并增設防止位移的隔擋裝置等。其次，應采用防震錨栓，在平常荷載作用下梁體可以在預留的空間內伸縮變形，自由滑動；在地震荷載作用下，防震錨栓可起到限位耗能的作用，減耗部分地震能量。

3.2下部結構抗震設計措施問題

1、基礎處理

對于不良地質，可以根據不同的具體地質情況采用不同的方法進行處理。

（1）對于巖層較淺的地方，采用較大擴基或固定在基巖上，或者在擴基處砌筑厚度為1.5～2m的圍裙。

（2）對于地基軟硬不均，或砂層較厚地下水位較高地區要特別注意沙土液化，噴沙冒水現象的發生，可適當增加橋長。

（3）合理布孔，使橋墩、橋臺避開地震時可能發生滑動的岸坡或地形突變的不穩定地段?；虿捎蒙顦?、排樁穿過液化層，并采用系梁、承臺等加強聯結，或減輕結構自重，在非沖測線下一米處，設置圍裙或條形基礎。

（4）加大基礎摹底面積、減少基底偏心，并適當增加理置深度，亦可在臺前或墩兩側設斜撐，并在考慮采用時，將水平地震力和豎向地震力加以組合驗算，換土或采用砂樁也是一種常用的方法。

2、橋墩設計

（1）對于震區的橋墩，最好采用等截面，不宜做錐形截面墩，因為變截面的橋墩的縱波應力較大，而等截面橋墩的縱波應力相對較小，這樣可以減少波應力。

（2）在橋墩較粗能夠承受較大拉力時(一般用于大橋)，為了防止橋面在地震時上拋，落下砸壞橋墩(橋臺)，一般用高強螺栓或預理鋼筋將橋梁及橋墩(臺)聯結起來。

（3）對于中小橋，一般采用簡支板(或預應力板)，它允許橋面與橋墩能夠自由分開。地震時，為了防止橋面自由上拋時撟墩承受過大的拉力，同時，為了防防止橋面落下時沖壞橋墩，在支座處安放彈簧或橡膠支座等緩沖的東西。

3.3 橋梁支座的抗震設計

1、對采用橡膠支座而無固定支座的橋跨，應加設防移角鋼或設擋軌，作為支座的抗震設計。

2、對高烈度區的橋梁設計應在縱向設置一定的消能裝置，如采用聚四氟乙烯支座、迭層橡膠支座、鉛芯橡膠支座等減、隔震支座以及在梁體與墩臺的連接處增加結構的柔性和阻尼，以便共同受力和減小水平橋梁荷載的作用。

3、由于拱橋對支座水平位移十分敏感，同時兩邊橋臺的非同步激振會引起較大的偽靜力反應，有時甚至會大于慣性力所引起的動力反應，因此要求震區的拱橋墩臺基礎務必設置于整體巖盤或同一類型的場址上，以保證地震時各支座的同步激振。

通過以上論述，我們對現代橋梁建筑地震的主要破壞形式、橋梁抗震設計的設計原則以及橋梁抗震設計所存在的相關問題進行了詳細的研究以及深入的探討。做好了橋梁建筑的抗震設計，使用者的安全才能得到良好的保證，橋梁行業才能夠繼續蓬勃發展。

參考文獻

[1]王克梅.橋梁抗震的研究進展[J].工程力學，2007.

[2]王硯田.橋梁震害分析與抗震設計[J].交通標準化，2006.

[3]鐵路橋梁抗震設計規范，GBJ1ll一87，北京：人民交通出版社，1989。