现代城市桥梁抗震设计创新探索

颜巍

（江苏省交通规划设计院有限公司）

摘要：桥梁已经成为城市发展建设中不能缺少的一个重要组成部分，地震是一种严重的自然灾害，对于城市桥梁抗震设计的研究是至关重要的。有效提高桥梁抗震性能，需要了解震害的类型以及桥梁所在地的地震发生情况，在这个基础之上，注意一些设计要点，尤其是容易发生震害的塑性铰位置。遵循桥梁抗震设计基本原则，把桥梁结构的每一个部分有机结合在一起，形成一个强大的抗震整体，这样才能保证城市桥梁的抗震性能，减少地震带来的危害，保障人民群众的生命财产安全。

关键词：桥梁建设；抗震设计；震害；原则；创新；探索

Themoderncityofbridgeseismicdesigninnovationexploration

YanWei

(JiangsuprovincialcommunicationsplanningandDesignInstituteLimited)

Abstract:thebridgehasbecomeacitydevelopmentcannotlackanimportantpart,theearthquakeisaseriousnaturaldisasters,thecitybridgeseismicdesignresearchiscritical.Effectivelyimprovetheseismicperformanceofbridges,needtounderstandthedisastertypeandbridgelocationofearthquakeoccurrence,onthisbasis,payattentiontosomekeydesignpoints,especiallypronetodamagetheplastichingeposition.Followthebasicprincipleofseismicdesignofthebridge,thebridgestructureofeverypartareorganicallycombinedtogether,formingastrongearthquake,soastoensurethecitybridgeseismicperformance,reduceearthquakehazards,toprotectpeople'slivesandpropertysafety.

Keywords:buildingabridge;seismicdesign;seismicexploration;principles;innovation;

一、桥梁的震害及特点

对国内外震害的调查表明，在过去的地震中，有许多桥梁遭受了不同程度的破坏，其主要震害有以下几点：

（1）地基与基础震害。地基与基础的严重破坏是导致桥梁倒塌，并在震后难以修复使用的重要原因。地基破坏主要是指因砂土液化、不均匀沉降及稳定性不够等因数导致的地层水平滑移、下沉、断裂。基础的破坏与地基的破坏紧密相关，地基破坏一般都会导致基础的破坏，主要表现为移位、倾斜、下沉、折断和屈曲失稳。

（2）梁的震害。桥梁最严重的震害现象是主梁坠落。落梁主要是由于桥台、桥墩倾斜、倒塌，支座破坏，梁体碰撞，相邻墩间发生过大相对位移等引起的。

（3）桥台震害。桥台的震害主要表现为桥台与路基一起向河心滑移，导致桩柱式桥台的桩柱倾斜、折断和开裂：重力式桥台胸墙开裂，台体移动、下沉和转动；桥头引道沉降，翼墙损坏、开裂，施工缝错工、开裂以及因与主梁相撞而损坏。桥台的滑移与倾斜会进一步使主梁受压破坏，甚至使主梁坍毁。

（4）桥墩震害。桥墩震害主要表现为桥墩沉降、倾斜、移位，墩身开裂、剪断，受压缘混凝土崩溃，钢筋裸露屈曲，桥墩与基础连接处开裂、折断等。

（5）支座震害。在地震力的作用下，由于支座设计没有充分考虑抗震的要求，构造上连接与支挡等构造措施不足，或由于某些支座型式和材料上的缺陷等因素，导致了支座发生过大的位移和变形，从而造成如支座锚固螺栓拔出、剪断、活动支座脱落及支座本身构造上的破坏等，并由此导致结构力传递形式的变化，进而对结构的其他部位产生不利的影响。

（6）另外桥梁结构的震害还表现在结构构造及连接不当所造成的破坏、桥台台后填土位移过大造成的桥台沉降或斜度过大而造成墩台承受过大的扭矩引起的破坏。

二、桥梁抗震设计原则

（1）结合地形、地质条件、工程规模及震害经验，合理选择桥型及墩台、基础形式。

（2）同一座桥中，尽量避免高墩与大跨的结合，宜采用减少上部结构自重并有利于抗震的结构形式。

（3）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。

（4）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。

（5）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。

（6）多道抗震防线。应尽量使桥梁成为具有多道抵抗地震侧向力的体系，则在强地震动过程中，一道防线破坏后尚有第二道防线可以支撑结构，避免倒塌。

（7）对于高墩、大跨的特殊桥梁，应进行专题抗震设计与研究。

三、桥梁设计抗震技术的创新

纵观当今世界各个国家在桥梁抗震技术设计中的先进措施与手段，不难发现，新时期的桥梁工程抗震技术设计是一项系统、动态的工作过程。抗震性能的有效发挥需要从设计思想、设计方法以及设计手段等多个方面进行探索与创新，使其能够与当前经济社会对交通运输行业的要求相结合。具体而言，可以概括出以下几点：

（1）桥梁抗震技术设计思想需要进行转变。目前，大多数地震高发国家以逐步认识到基于高刚度、强度设计思想在应对地震高发区特有地质地貌工作中的不足，并开始向着延性抗震理论过渡。这种抗震设计思想在实际应用过程中需要从以下几点加以关注:

①基于延性的抗震技术设计思想要求抗震设计需要在桥梁结构潜在塑性铰区的位置中进行，这种位置不仅能够对故障结构做出及时发现与修复动作，并且所产生的能耗配置也达到了最优化水平。经研究发现，一般建设形态的桥梁工程其承重与受力位置均在主体下部，而这一位置同时也是桥梁在地震力作用破坏中抗震性能最为脆弱的部位，因而塑性铰区的选址应向着桥梁主体下部桥墩部位靠拢。

②依据延性性能发挥程度的不同，延性结构可以划分为有限延性、完全延性与完全弹性三种，在桥梁抗震技术的实际设计工作中，相关人员需要根据桥梁所处环境特征与主要用途对结构延性类型进行选择。

③为确保延性构件下桥墩延性的稳定性与持续性，相关人员可以在预设的塑性铰区截面配置足够的箍筋，使其发挥对混凝土材料的横向约束作用，从而为结构设计提供相应的延性需求。

（2）桥梁抗震技术的设计方法需要进行创新。随着相关科学技术的发展进步与交通运输行业的不断完善，人们对于地震力作用下桥梁发生的损毁机理认识程度与桥梁抗震技术重要作用的认识也越来越深。此时，桥梁抗震技术中的设防水准也应由传统的单一设防水准逐步向着多阶段设防水准转变。具体而言，可分为以下几个方面:

①双水准设防、两阶段设计方法。这种抗震设计方法遵循“小震不坏、中震可修、大震不到”的基本原则。对于一些选址并建设在中小型地震灾害频发区域内的桥梁工程而言，整体系统结构应始终维持在弹性范围内，据此确保结构性损伤不会给桥梁的正常使用带来不利影响。与此同时，这部分区域在桥梁正常寿命与使用周期中发生大规模破坏性地震的可能性比较小，要想使弹性结构对这种地震作用力进行抵制不仅会极大的增加桥梁工程的成本造价，并且这种弹性机制防范的效果并不是十分明显，因而不值得推广。

②三水准设防、两阶段设计方法。这种设计方法基本与双水准设防、两阶段设计的设计方法一致，在此不作累述。

③三水准设防、三阶段设计方法。这种抗震设计方法需要建立在多种先进技术与材料综合应用的基础上，一般而言适合地震灾害影响规模较大的或是在交通运输网络中所处地位特别重要的桥梁建设当中。它能够对两阶段设计下中震设防水准性能工作中的缺陷作出补充说明，使各连接与伸缩装置与桥梁主体在安全防护上能够保持同等等级。

（3）桥梁抗震技术的设计手段需要进行创新。减隔震技术作为近些年发展起来的一种抗震技术手段，在稳定桥梁整体结构、分散地震作用力的过程中起到了十分积极的作用。它分为减震与隔震两大功能。前者所具备的特制减震构件能够在桥梁所处区域地震灾害发生的第一时间进行塑性铰正，大量消耗地震通过地基传导给桥梁结构体系的能量。后者则进入到桥梁主体与减震装置之间，阻止减震装置未完全消耗的地震能量进入桥梁主体结构，起到二次防范的作用。

四、小结

地震虽然是不可控制的，但只要我们加强对桥梁震害及抗震机理的深入研究，在桥梁设计过程中认真分析地震时结构的特性和反应，精心采取一系列科学有效的抗震设计，制定先进的抗震设防原则，严格控制工程质量，就一定能将地震损失降到最小，并确保交通运输线路的畅通无阻。

参考文献：

[1]王伟.现代桥梁抗震设计需关注的几个问题[J].科技信息，2011（17）.

[2]郑学伦.浅谈桥梁的抗震设计[J].中国新技术新产品，2011（14）.