浅谈桥梁抗震设计

浅谈桥梁抗震设计

在我国地震发生比较频繁，在地震的过程中桥梁会遭到严重的破坏，影响道路的通行。我们在桥梁设计的过程中要进行抗震设计，减少地震对桥梁的破坏。

标签： 桥梁;抗震;设计

【Abstract】 In China earthquake occurred more frequently in the course of the earthquake in the bridge would have been severely damaged， affecting access roads. We designed the bridge seismic design process to reduce earthquake damage to bridges.

【Key Words】 bridge; earthquake; design

1、前言

在桥梁设计的过程中若不进行抗震设计，在遇到地震时会受到严重的破坏，增加道路的维护和施工的费用。因此，在桥梁设计的过程中我们考充分考虑桥梁的抗震设计，增加桥梁的抗震能力，减少桥梁在地震中的损坏。

2、地震对桥梁的影响

同建筑结构相比，桥梁对地震的影响更为敏感。对于建筑结构而言，因为其结构体系内部一般为高次超静定，在某些承重构件损坏时，可以用多余约束继续承载，因此，后果不一定是灾难性的。但是，桥梁结构通常为静定结构或低次超静定，一个或几个构件损坏，整个结构就会破坏，因此，在地震来临时，桥梁会显得更加脆弱。

地震对桥梁结构物的影响主要有两种形式：一种是场地与结构物的相对位移产生的强制变形;一种是场地运动引起的结构物震动。前者由于强制变形产生的超静定内力或过大的相对变形影响结构物的安全性，而后者则是以惯性力的形式把地震荷载加到结构物上，从而使结构物承受超过其极限承载能力的外荷载，导致桥梁损坏或倒塌。大量震害资料显示：地基失效是桥梁基础产生震害的主要原因。

3、桥梁抗震设防原则

3.1桥梁现行规范抗震设防原则

结构抗震设计的基本思想和设计准则是制定规范的最重要之处，它决定了抗震设计要达到的目标、采用的设计地震动水平和地震反应的计算方法。我国现行的《公路桥梁抗震设计规范》（JTJ004-）采用的是单一水准的抗震设防思想，仅进行基本烈度（中震）下的抗震验算。基本烈度为中国地震烈度区划图确定的

烈度。该规范适用7度、8度和9度地区相应的地震最大动加速度设计值分别取为0.1g，0.2g和0.4g（g为重力加速度，g=9.8m/s2）。另外，根据路线等级和构造物的重要性以及修复的难易程度，采用重要性修正系数对构造物的地震作用进行修正。同时，公路桥梁抗震设计规范的重点放在梁式桥墩台和一般跨径的拱桥，未包括刚架拱桥、连续刚构、斜拉桥、跨径超过150m的梁式桥及拱桥等。在抗震设计时，只进行设计地震力作用下的强度验算，没有考虑桥梁结构的“变形能力”和“耗能能力”。这就导致钢筋混凝土墩柱在强烈地震作用下，往往因设计弯曲延性不足或塑性铰区设计抗剪强度不足而发生弯剪破坏或剪切破坏。因此，单一的强度设防原则是目前我国公路桥梁抗震设计中存在的主要问题。

3.2多级抗震设防原则

目前，国际上公认的抗震设防原则是“小震不坏，中震可修，大震不倒”，公路桥梁的抗震原则也应引入这一先进的设计思想。我国现行公路桥梁抗震设计规范单一的强度设防原则是采用的一阶段弹性设计方法，在理论上存在着极大的缺陷，因为中震和大震情况下，结构已进入弹塑性状态，强度和稳定性验算时采用的名义安全系数已无意义。为此，建议公路桥梁的抗震设计宜采用三阶段三水准设防。

第一阶段设计：对于小震，采用众值裂度的地震动参数，计算出结构在弹性状态下的地震作用效应，地震有载效应与永久荷载效应组合，引用近似概率可靠度理论，采用极限状态法设计，进行结构强度和稳定性验算，满足第一设防裂度对结构强度、变形和稳定性的要求，实现小震不坏。

第二阶段设计：对于中震，采用第二水准裂度的地震动参数，考虑刚度退化，计算截面开裂、屈服及破坏时的荷载位移关系，并同地震荷载效应比较，要求有一定的安全度，从而满足第二级设防要求，实现中震可修。

第三阶段设计：对于大震，采用第三水准裂度的地震动参数计算地震荷载效应，并同截面的破坏荷载比较，要求有一定的安全度，并考虑结构的倒塌机制，保证整体稳定可靠度，实现大震不倒。

上述三阶段设计原则实际上规定了结构在三级地震水平下相应的反应，即在多遇地震作用下，结构总体处于弹性反应范围，结构构件没有损坏;在设防烈度的地震作用下，结构可能出现一定的塑性变形，但最大变形值应限定在远低于结构的容许变形以内;在罕遇地震作用下，结构将经历较大的弹塑性变形循环，最大变形可能达到结构的容许变形值，但始终不超过容许变形值。最终实现了“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防原则。

4、桥梁抗震设防措施

由于地震是一种随机发生的自然现象，所以对桥梁结构造成的损害也是随机的。地震的发生时间、空间以及强度，目前我们还都不能准确的预测，因此桥梁结构的抗震设计若单纯按结构的强度设防，如增大上下部结构的断面尺寸、加强

各部分的联系、甚至改变结构的受力体系等可能是不经济，也是不科学的，有时甚至会产生负面的效应。因而人们对抗震设计重要性的理解也愈来愈深刻：对桥梁的抗震设计决不能被动地作地震时结构强度及变位的验算，而是要根据地震作用及震害的机理，从设计角度提高结构本身的抗震能力，也就是要从总体上考虑抗震的工程决策，在充分分析和考虑结构震害机理的基础上，结合抗震需要，针对桥梁不同的结构形式、不同的地形地质条件、不同的设防标准和桥梁不同的功能等对结构的强度、延性、结构控制以及结构的整体稳定性进行抗震设计。根据上述的指导思想我们在桥梁结构体系的选择、桥型布置、路线走向以及桥梁结构细部设计中可以采取以下措施以达到结构防震、减少震害的效果。4.1、上部结构抗震设防措施

4.1.1尽量采用连续桥跨

尽量采用连续的桥跨代替简支梁跨，进而减少伸缩缝的数量，降低在此落梁的可能性，同时也提高了桥上行车的舒适性。

4.1.2桥跨不宜太长

地震区桥跨不宜太长，大跨度意味着墩柱承受的轴向力过大，从而降低墩柱的延性能力。

4.1.3简支桥梁加固措施

对常规的简支桥梁结构，首先，应加强桥面的连续构造，在梁与梁之间、梁与桥台之间应采用钢筋拉杆连接，以及需提供足够的加固宽度以防止主梁发生位移落梁，另外还应适当加宽盖梁及支座的宽度，并增设防止位移的隔挡装置等。其次，应采用防震锚栓，在平常荷载作用下梁体可以在预留的空间内伸缩变形，自由滑动;在地震荷载作用下，防震锚栓可起到限位耗能的作用，减耗部分地震能量。

4.2支座抗震设防措施

一是对采用橡胶支座而无固定支座的桥跨，应加设防移角钢或设挡轨，作为支座的抗震设计。二是对高烈度区的桥梁设计应在纵向设置一定的消能装置，如采用聚四氟乙烯支座、迭层橡胶支座、铅芯橡胶支座等减、隔震支座以及在梁体与墩台的连接处增加结构的柔性和阻尼，以便共同受力和减小水平桥梁荷载的作用。三是由于拱桥对支座水平位移十分敏感，同时两边桥台的非同步激振会引起较大的伪静力反应，有时甚至会大于惯性力所引起的动力反应，因此要求震区的拱桥墩台基础务必设置于整体岩盘或同一类型的场址上，以保证地震时各支座的同步激振。

4.3下部结构和基础抗震设防措施

4.3.1、桥位的选择

首先，桥梁位置应选在良好和稳定的河段，如果必须在稳定性差的软弱场地的河段上通过时，应尽量采用桥梁中线与河流正交，这样即使地震产生河岸滑移，影响也较小;若采用斜交，地震时极易产生河岸向河心滑移，会使桥梁随之发生错动或扭转破坏。其次，还应注意在主河槽与河滩分界的地形突变处，尽量避免设墩，否则应采取加强措施以减免滑移。另外，桥梁的基础应尽可能的建在可靠的地基上，否则软土的液化会加大地震反应和效力。

4.3.2墩柱设计

墩柱设计中应尽可能的使用螺旋形箍筋，以便为墩柱提供足够的约束。另外墩身及基础的纵向钢筋伸入盖梁和承台应有一定的锚固长度以增强连接点的延性。并且将桥墩某些部位（如墩脚）设计成具有足够的延性，以使在强震作用下使该部位形成稳定的延性塑性铰，并产生弹塑性变形来延长结构的振动周期，耗散地震力。另外，对于较高的排架桥墩，墩间应增设横系梁以减少墩柱的横向位移和设计弯矩。

4.3.3其他措施

桥梁结构以采用跨度相等、每联连续跨内下部墩身刚度相等为宜。跨度不均，墩身刚度不等极易发生震害，这已经为国内外许多震害所证实。对各墩高度相差较大的情况可采用调整墩顶支座尺寸和桩顶设允许墩身位移的套筒来调整各墩的刚度，以便使之刚度尽量保持一致。为了缓冲梁体之间、梁与防震锚栓、梁与防震挡块、梁与桥台背墙之间的撞击，在接触面上采用包裹氯丁橡胶缓冲层等抗震措施。

5、桥梁抗震设计实例

根据中华人民共和国国家标准《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001），在进行某大桥的项目区域地震动峰值加速度为0.10g～0.15g。因此，本项目所有桥梁抗震设防类别按照B类考虑，即桥涵结构物均需进行抗震设计。K103+660～K174+488.052段，地震动峰值加速度为0.10g，相当于抗震设防烈度七度区，B类桥梁抗震设防措施按照七度区设防。

5.1、桥孔布设

在设计合理的范围内，采用中、小跨径，以减少各个墩、台承担的水平地震力。根据结构对称、刚度均匀对抗震有利的原则，沿线大、中桥采用等跨径布置，在布孔时尽量使一联内墩高相近，使上部结构所产生的水平地震力由各墩均匀承担。

5.2、上部结构

上部结构采用预应力混凝土先简支后连续空心板（梁）。在空心板预制安装

后，浇筑墩顶湿接头混凝土，张拉负弯矩区预应力束，完成体系转换，使桥梁在运营阶段属于连续结构，整体稳定性较好，顺桥向梁与梁之间能够相互约束位移，减少落梁震害。对于简支梁梁端至墩、台帽或盖梁边缘应有一定距离，其最小值大于等于“50cm+梁的计算跨径”;适当加强桥台胸墙，并在梁与梁之间和梁与桥台胸墙之间加装橡胶垫块，利用橡胶的变形来缓冲桥梁上下部间顺桥向及横桥向的碰撞;对于非结构连续的简支梁（板），宜采用挡块、螺栓连接等防止纵横向落梁的措施。承重结构在偶然状况下（顺桥向地震力作用）按承载力极限状态设计，避免因上部结构抗弯能力不足导致柱身形成塑性铰。

5.3、下部结构

在满足结构计算的前提下，适当增加钢筋混凝土矩形截面盖梁尺寸，横向在桥台、桥墩盖梁两侧设置抗震挡块，防止顺桥、横桥向落梁。适当提高墩柱（桩基）塑性铰区的配筋率，避免因墩柱的抗弯延性不足，导致墩柱发生脆性破坏。对于桩柱式墩、台或带有承台的桩基应考虑箍筋加密，其范围为：盖梁以下2倍柱径、承台（桩顶）以上2倍柱径，墩柱螺旋筋为准10mm，螺距为8cm;桩基箍筋加密段为承台（桩顶）以下至一般冲刷线及桩基最大弯矩以下3倍桩径处，桩基螺旋筋为准10mm，螺距为10cm。螺旋式箍筋的接头必须采用焊接，矩形箍筋应有135°弯钩并深入混凝土核心之内。

6、结束语

在桥梁设计的过程中要根据当地的地质条件选择合适的抗震等级，减少地震灾害对桥梁的影响，提高桥梁的运输能力。

参考文献：

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