论桥梁抗震设计

　　摘要：通过分析桥梁震害及产生原因，从设计的角度提出了在桥梁抗震设计过程中应遵循的一些设计原则和桥梁减、隔震的有效措施，指出合理的结构形式和成功的抗震设计可以大大减轻甚至避免震害的产生，从而很好地达到桥梁结构的防震和抗震效果。
　　关键词：桥梁结构；抗震设计；延性；措施
　　地震灾害不仅造成大量人员伤亡以及大量地面构筑物和各种设施的破坏与倒塌，而且作为生命线工程的铁路桥梁、公路桥梁、城市高架桥也受到了很大的损坏，给后续救助工作造成了极大的困难。
　　汶川大地震使位于震中的汶川县附近道路基础设施受到严重破坏，桥梁破坏尤为严重，桥梁结构主要为简支梁桥（含先简支后桥面连续）、连续梁桥和拱桥。
　　综合现场情况，主要对简支梁桥和连续梁桥震害类型及抗震设计做简要分析：
　　一、墩柱、节点及桥台破坏
　　1.1破坏形式
　　此类破坏多发生在墩柱塑性铰处、墩柱与盖梁连接处，墩柱与系梁连接处，地震力作用下桥墩纵向受力筋被剪断，直接导致桥梁的倾覆。
　　1.2震害原因
　　1)墩柱延性不足（抗弯破坏），横向约束箍筋配置不足；构造缺陷：横向约束箍筋间距过大，搭接失效，纵筋过早切断，锚固长度不足；箍筋端部没有弯钩等
　　2)抗剪强度不足（剪切破坏）：横向箍筋配置不足
　　1.3抗震设计有效措施：延性抗震设计
　　1)结构延性定义：表示结构从屈服到破坏的后期变形能力，是结构能量耗散能力的主要度量。
　　2)延性抗震设计的分类：a）上部、基础弹性，墩柱延性设计；b）墩柱、基础弹性，上部结构延性（钢桥）；c）墩柱、基础、上部结构弹性，支座弹缩性——减隔震设计（在后节中介绍）
　　3）墩柱结构构造措施
　　墩柱潜在塑性铰区域内加密箍筋的配置：a)加密区的长度：弯曲方向截面宽度的1.0倍，超过最大弯矩80%的范围；b)加密箍筋的最大间距：10cm或6ds或b/4；c)箍筋的直径不应小于：10mm；d)螺旋式箍筋的接头必须采用对接，矩形箍筋应有135度的弯钩，并深入核心混凝土之内6cm以上；e)加密区箍筋肢距：25cm；f)墩柱的纵筋应尽可能延伸至盖梁或承台的另一侧面，塑性铰加密区域的箍筋应该延续到盖梁和承台内，延伸到盖梁和承台的距离不应小于墩柱长边尺寸的1/2，并不小于50cm。
　　二、基础破坏、桩身破坏
　　2.1破坏形式及震害原因
　　桥位通过地震断裂破碎带，地震力作用下基础出现移位、沉降；桥位位于液化砂土地质中，基础出现不均匀沉降。
　　2.2抗震设计有效措施
　　基础尽可能建在岩石或坚硬冲积土上，软土和砂土易于放大结构的位移影响，且软土有震陷、饱和砂土有液化等地质地震灾害。
　　三、减隔震设计
　　3.1.地震力的作用是巨大的，我们在桥梁抗震设计中一般会采用两种途径去减轻桥梁震害：传统抗震设计和减隔震设计。传统抗震设计是增大构件断面及配筋致使结构刚度增大，达到减轻震害目的；而减隔震设计是采用柔性支承延长结构周期，减小结构地震反应；采用阻尼器装置耗散能量，限制结构位移；保证结构在正常使用荷载作用下具有足够的刚度，即俗称的以柔克刚。
　　3.2.减隔震技术随着科技的发展以及新材料的应用，越来越多的被应用在桥梁抗震设计中，但是只适用于以下条件：上部结构连续，下部结构刚度较大，结构基本振动周期比较短；桥梁下部结构高度变化不规则，刚度分配不均匀；场地条件比较好，预期地面运动特性具有较高的卓越频率。支座中出现负反力的情况下则不宜采用减隔震设计。
　　3.3.减隔震装置经常采用如下几种：整体型减隔震装置：铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座、摩擦摆隔震支座；分离型减隔震装置：橡胶支座+金属阻尼器、橡胶支座+粘性材料阻尼器、橡胶支座+摩擦阻尼器。
　　四、桥梁抗震设计注意事项
　　1.尽量将桥轴线设计成直线，曲线桥使结构地震反应复杂化；尽可能使桥台和桥墩与轴线垂直，斜交会引起转动响应而增大位移。
　　2.沿纵、横桥向的桥墩刚度尽可能一致，刚度变化太大，地震时刚性大的桥墩易产生破坏。
　　3.塑性铰不应设计在盖梁、主梁、水中或地下的桩顶处，应设计在墩柱上，易于观察与修复。
　　4.材料和结构形式的选择应遵循如下的原则：质轻高强；变形能力大；强度和刚度衰减小；结构整体性好。单从材料的抗震性能优劣来划分依次为：钢结构，钢砼组合结构，木结构，现浇钢筋砼，预制钢筋砼，预应力砼，砌体。
　　5.设置多道抗震防线，尽可能用超静定结构，少采用静定结构。
　　6.防止脆性与失稳破坏，增加结构延性。
　　常见的脆性破坏：砖、石、素砼的开裂；钢筋砼的剪切破坏常见的失稳破坏：斜撑和柱的失稳；柱中纵向钢筋在箍筋不足时的压屈。
　　五、关于桥梁抗震设计的建议
　　5.1.由于地震的不确定性，导致桥梁结构抗震计算的失真。地震运动是由震源—传播介质体—场地地质体一系列变化的因素综合形成，它是极为复杂的和不确定的模糊事件。桥梁结构的抗震计算严格来说是近似仿真计算，与实际的震害有一定的差距。抗震计算与抗震概念设计、结构体系的选择、抗震构造设计相比较，后三者更显重要。
　　5.2.重视桥墩及其基础的延性设计
　　5.3.重视桥梁的减隔震设计，采用新技术新材料实现桥梁的抗震设计，比如减隔震支座：双曲面（球面）支座，铅芯橡胶支座，阻尼器等。
　　结语
　　桥梁抗震设计是一项系统工程，体现在设计的各个阶段，需要认真对待。在工可研究阶段应该强化抗震概念设计，选择合理的桥位和桥型；在初步设计阶段强化抗震体系设计，确定合适的抗震设防标准和验算准则、进行结构的总体分析；在施工图设计阶段强化抗震构造设计，重视抗震构造采取的措施和构造细节。
　　参考文献：
　　[1]卓卫东，范立础.从震害教训中反思我国桥梁抗震设计现状公路交通科技1999（3）
　　[2]李睿，宁晓骏，叶燎原，李新乐.高墩梁桥的地震反应分析昆明理工大学学报2002.26（5）

《论桥梁抗震设计》

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