丁文良

河南锐浩建设工程勘察设计有限公司河南南阳

摘要：对于桥梁工程来说，采取有效的措施来提高桥梁结构的抗震性能意义重大。作为相关的设计人员，需要对桥梁工程的结构特点有非常清晰地了解，并且在设计之前需要充分做好桥梁工程的地质勘查，进而采取有效的抗震设计措施来做好桥梁结构的抗震设计工作，确保桥梁结构的抗震等级达到相应的要求和标准，降低地震灾害对桥梁结构所造成的影响，以更好地保障出行人员的安全。

关键词：桥梁结构;抗震设计;设防措施

引言

随着我国经济建设的快速发展，极大的促进了我国交通行业的建设与发展。目前桥梁工程的建设项目越来越多，与普通道路工程的建设相比，桥梁工程的建设更具有技术性和复杂性。在当前越来越注重交通舒适和安全的前提下，对桥梁工程的建设质量提出了更高的要求。特别是对于桥梁工程结构抗震方面提出了更高的要求，只有确保了桥梁工程结构具有足够的抗震性能，才能保证桥梁工程具有更高的安全性和稳定性。

一、桥梁地震破坏机理

通过对地震破坏桥梁的损伤识别分析的结果，可以看出，由侧向地震波引起的桥梁各部分之间的压缩和碰撞导致的破坏是桥梁地震破坏的重要原因。众所周知，桥由连接在一起的几个部分组成。当桥梁承受强大的侧向力时，诸如轴承和横向铰链之类的连接部件会导致横梁向侧面移动并与相邻横梁发生碰撞，从而损坏接头。桥面铺面被损坏，桥区因冲击而损坏，从而导致严重的光束下降和桥梁运输功能的丧失。另外，地震使下面的土壤松散，破坏了基础并失去了支撑功能。

二、地震对桥梁结构的危害分析

地震对桥梁结构的影响是巨大的，会直接导致桥梁结构破坏，进而影响桥梁安全和质量。为了更好的做好桥梁结构的抗震设计与设防工作，就必须对桥梁结构的震害类型及原因有所了解。桥梁结构震害包括桥梁结构振动和场地相对位移产生强制变形两种形式。第一种形式主要为场地运动所引起，在惯性力下会把地震作用施加在桥梁结构上，进而导致桥梁结构振动。第二种形式主要为场地相对位移所引起，在场地位移下通过支点强制变形产生的超静定内力，进而导致桥梁结构变形。地震作用下，桥梁结构会受到不同程度的破坏，进而导致各种质量安全问题的发生。如桥墩开裂、倾斜，支座锚栓剪断，桥墩滑移、落梁倒塌等。由于地震对桥梁结构的破坏程度不同，所以震害的表现形式也有所不同，如地震发生后，导致桥梁产生位移，在位移过程中就会对桥梁上部结构的各个节点造成影响，由于节点承载力和角度发生变化，就会导致桥梁梁体相互撞击，出现桥梁整体隆起的表现。地震发生后，由于桥梁地基周围土质发生液化，所以也会导致桥梁发生位移，在位移影响下，很容易导致桥梁出现落梁的表现。除此之外，桥墩剪切破坏、支座破坏、桥墩弯曲破坏都是桥梁震害的常见表现形式。对此，为了最大程度降低桥梁震害的影响，就必须做好桥梁结构的抗震设计及设防措施。

三、桥梁工程中桥梁结构抗震设计的关键点

（一）桥梁结构的地震系统

桥梁结构的地震系统必须具有清晰可靠的位移约束力，传递路径和能有效控制位移，防止横梁掉落并具有回避性能的耗能减震部件。由于某些桥梁部件（例如支撑和砌块）的塌陷，具有塌陷结构的能力。

第一，延性地震系统

通过对结构破坏的观察，提出了延性抗震的概念。在实际的地震破坏中，已经观察到缺乏结构强度并不一定会对结构造成严重破坏，并且只要结构的初始强度不会因非弹性变形而劣化并且基本上保持初始强度，就不会破坏结构。既有桥梁的弹塑性消能部分可以安装在墩中，以达到地震系统的目的，并便于检查和维修墩的受损部分。典型的连续梁桥和简单的支撑梁桥是单柱墩，其消能部分位于墩底，而双柱墩则是墩顶、墩底和绑梁端。因此，墩柱和系梁被设计为柔性部件，在弹性内而不会损坏部件。通常延性地震系统适用于大比例墩和桥梁的地震设计。

第二，减震/隔离和地震系统

桥梁结构的地震系统将通过设置地震支撑，防止桥墩结构破坏。可以设计合理的减震和绝缘轴承或耗能设备参数，以可靠地传递桥的上下连接部分，以防止严重损坏桥梁。

（二）桥梁地震分析方法

第一，静态方法

静态方法的设计通常不会考虑桥梁结构自身动力特性的影响，而桥梁结构地震破坏的唯一因素就是地震加速度。在设计过程中，仅考虑构件的结构静态分析，并且将其视为绝对刚性的对象。如果无法将桥梁结构近似为绝对刚体，则静态方法不会考虑结构的动力特性。因此，静态方法非常有限，但概念简单明了，适用于整体刚度较高的结构（如重力桥台和挡土墙结构）的地震分析。

第二，反应谱法

反应谱法将结构的动态问题转换为易于理解且易于计算的静态问题。响应谱法是该规范的基本地震分析方法，首先仔细分析桥梁结构本身的动力特性，然后使用谱线曲线记录不同主要振动模式下强地震的地震响应最大值，最后记录该最大值。在其他主要振动模式下的地震响应也需要完成，确定桥梁结构的最大地震响应值，而不能获得根据地震而变化的地震。

第三，动态时程分析方法

该方法主要将计算机程序、有限元分析和结构地震分析中的计算相结合。在应用时程分析方法时，通过有限元软件将桥梁结构离散化成一个多节点，多自由度的有限元计算模型，地震加速度的时间和结构的地震响应必须通过有限元软件传输计算，还需要进一步研究，并且存在复杂的理论，例如计算量大的特性和塑料铰链。因此，该方法是桥梁长期地震分析的相对重要、复杂和推荐的方法。

（三）对桥梁结构进行合理化计算

合理计算桥梁结构应当与具体情况相结合，计算整个桥梁的结构。在计算过程中因墩柱高度的不同，使得其受到温度、汽车制动力等因素的影响，导致桥梁上部结构可能产生水平力，或力的分配不均匀，因此在计算过程中需要模拟边界条件。

（四）地震荷载

关于地震荷载，其包括许多内容，要确定所处地区地震峰值加速度，也需要设计抗震设计程度。在设计当中桥梁抗震程度比较高，通常需要高出1度。在具体的设计当中需要增加挡块，此方向为横向、竖向，并且需要加装橡胶垫片，在确保桥梁结构延展性得以提升的基础上适当增加集中部位钢筋。比如某桥梁工程是7度区的高速公路，桥梁规格为B类，这个时候可以设置地震基本烈度、地震动峰值加速度、场地地震动反应谱特征周期，它们分别为7度、0.10g、0.45s，若是桥墩高度比30m高，就已不是较为常规的桥梁，因此分析桥梁抗震性能具有非常重要的意义，能通过MM/TH法进行抗震设计。

（五）桥墩长度计算

在桥梁当中简支梁与连续结构是时常见到的结构形式，对桥墩承载力进行计算时，需要对极端长度L0值进行计算，为此当墩顶在水平力的作用之下会发生水平位置移动，确定桥墩计算程度系数时，要把β控制在1～2范围之内，β会受到许多因素的影响，比如桥墩刚性强度、高度等，为此获取β值时，因不同项目工程的β取值会不同，这个时候会与规定数值之间存在比较大的差异，为此需要模拟桥梁结构空间受力的基本特征，其中模拟工具为三维有限元件，此软件能够对使用状态、具体施工过程进行模拟，从而就更为准确计算桥梁结构空间受力情况。

（六）桥梁结构各构件抗震设计

桥梁结构的抗震设计具有一定的复杂性和技术性，需要根据桥梁不同部分进行针对性的抗震设计，以此来提高抗震设计的有效性。以桥梁上部结构抗震设计为例，就需要根据结构形式、跨径大小进行设计，如桥梁跨径较大，则需要在设计方面选择整体性较好的截面，以此来提高桥梁上部结构的抗震性能。如要进一步增加桥梁上部结构的抗震能力，可以增加上部结构的整体性，以此来限制上部结构在发生地震时的移位。如桥梁建设过程中采取的为多跨简支梁，则需要在抗震设计中增强梁与梁之间的纵横关系，保证桥面的连续性。就桥梁下部结构抗震设计为例，则需要选择土质偏硬、稳定的区域作为桥梁地基，为保证下部桥台结构的稳定性，可以选择U型结构或T型结构进行设计，在具体施工中则可以使用重力式桥台进行施工。连接件是桥梁结构中尤为重要的组成部分，在抗震设计过程中，需要重视对连接件，如伸缩缝、支座的抗震设计，如尽可能减少伸缩缝数量，提高伸缩缝变形能力，在桥墩上布置弹性支座等，以此来提高桥梁的抗震性能。

（七）桥梁结构的抗震设计烈度

设计烈度主要是指建筑工程设计时的地震烈度。一般来说，桥梁结构抗震设计中，设计烈度都会按照基本烈度来作为标准，尤其是桥梁的一些重要设计区域还应该经过审批以后提高一级的烈度。根据目前我国桥梁地震灾害的实际情况来看，当基本烈度为七级以下的时候，桥梁一般不会受到太大的地震影响。因此对于基本烈度为七级以下的桥梁，可以不必进行专门的抗震设计。

四、桥梁结构抗震设计设防措施

为了提高桥梁结构的抗震性能，必须做好桥梁结构的抗震设防工作。首先，在桥梁场地的选择方面，就需要根据抗震需求科学选择场地。比如可以对区域的地震危险性进行分析，尽可能选择安全的建设场地，具体应该以坚硬的场地为宜，坚硬的场地在发生地震时可以避免地基失效问题的发生，这对于降低震害对桥梁结构的影响具有重要的意义。其次，为了保证桥梁结构抗震性能的可靠性，还需要保证整个桥梁体系的完整性和规则性，这也是一项尤为重要的设防措施。比如桥梁建设过程中，其上部结构必须保证连续性，这对于降低地震时对上部结构造成的影响具有重要的作用，同时还可以更好的发挥结构的空间作用。而就桥梁的规则性而言，即在桥梁平面或立面以及结构的布置方面，都必须保证几何尺寸、刚度、对称、均匀的规则性，这样可以避免突然震动变化对桥梁结构造成的影响。最后，在桥梁结构抗震设防方面，还需要加强提高结构强度和延性，以此来起到抗震设防的作用。比如可以利用桥墩自身加强的延性和强度，将地震力通过限度内的塑性变形渐渐分散，以此来实现对震害的有效耗散。强度与延性是决定桥梁结构抗震性能的重要参数，所以在抗震设防中必须提高重视。

五、发展趋势

地震对桥梁的破坏越来越严重，大多数遭受较大破坏和坍塌的桥梁结构是由落梁和弯曲延展性不足引起的。因此，期望在未来对该领域进行深入研究，并且延性抗震设计是被广泛采用的设计理念，具有一定的先进性，可以有效地提高桥梁结构的抗震性能。将来，此方法将继续应用和改进。随着桥梁设计技术和地震技术的发展，有必要考虑各种尺度桥梁位移的设计参数，并根据该参数确定桥梁的地震稳定性。隔震技术是桥梁抗震的主要技术手段。在桥梁的抗震设计中，将通过一项新的技术来证明抗震性能，该抗震性能可以最大化提高桥梁的刚度和抗震性能。

结语：

抗震设计作为桥梁安全设计的重要组成部分，经过多年的案例分析和学术研究，已形成了较为成熟完整的理论体系，并应用于实际工程中，取得了良好的预期效果。但是，由于技术和认知上的限制，抗震设计远远不能达到理想的效果，并且在某种程度上可以减少财产损失、人身安全和地震引起的常规干扰。这已成为我们对相关技术进行持续研究的原动力，也是桥梁学术研究发展的原动力。因此，在设计之前需要充分做好桥梁工程的地质勘查，进而采取有效的抗震设计措施来做好桥梁结构的抗震设计工作，确保桥梁结构的抗震等级达到相应的要求和标准，降低地震灾害对桥梁结构所造成的影响，以更好地保障出行人员的安全。

参考文献：

[1]聂利英，李守胜，刘明坡等.基于多水准的通航渡槽和升船机抗震设防标准讨论[J].地震工程与工程振动，，39（05）：-.

[2]肖松松.简述桥梁结构抗震设计与设防措施[J].门窗，，13（12）：+.

[3]侯莉娜，文保军.基于《城市轨道交通结构抗震设计规范》的地铁地下结构抗震设计问题探讨[J].城市轨道交通研究，，22（03）：-.

[4]袁琳琳，祝义申.公路桥梁结构抗震设计要点分析[J].卷宗，（26）：.

[5]龚小丽.高速公路桥梁结构的抗震设计要点分析[J].建筑工程技术与设计，（29）：16-18.

[6]王小娜.公路桥梁结构抗震设计要点分析[J].卷宗，，9（21）：.

投稿邮箱：xfdk