桥梁抗震设计原则与设计方法

王诚

摘要：桥梁工程作为交通运输的咽喉纽带，在我国基础建设中的作用巨大。然而我国是相对多震国家，桥梁的抗震设计尤显重要。本文主要分析了地震对桥梁的破坏，桥梁抗震设计原则与设计方法。

关键词：桥梁抗震；设计原则；设计方法

引言：进入21世纪以来，地震越来越频繁地在世界各地发生，现代桥梁建筑的抗震性能的设计问题也逐渐成为广大人民群众所关注的热点问题。由于桥梁建筑工程是交通网络的关键要素，因此桥梁的抗震设计的重要性也是不言而喻的。如何提高桥梁的抗震性能成为了当代桥梁结构设计师的重要课题。

一、地震对桥梁的破坏

桥梁是交通生命线工程中的重要组成部分，一旦桥梁在地震的时候发生坍塌，就会中断交通，影响人员疏离和物资运输，将非常不利于地震的救援工作。地震对桥梁的破坏主要有以下几种常见的形式：

1、支座损伤

地震会造成支座的荷载强度过大，超过其承载，从而出现损伤、破坏。由于支座的损伤地震的惯性力便不会传到下部结构，就可以避免地震荷载传到桥墩从而破坏桥梁，同时支座损伤也会造成桥梁落梁受到破坏。

2、剪切破坏

当地震发生时，桥梁在地震水平倚戟的作用下，桥梁受到的剪切力超过了自身的剪切强度便会发生剪切破坏。剪切破坏主要有以下四个阶段：第一，当桥梁截面的剪切弯矩超过自身的强度时，截面便会出现裂缝；第二，由于地震时荷载强度越来越高，桥梁柱内会逐渐出现斜方向的剪切裂缝；第三，随着地震的继续发生，箍筋会慢慢开始屈服便会导致剪切裂缝越来越大；最后桥梁便会因地震而发生脆性的剪切破坏。

3、弯曲破坏

在地震的荷载的作用下，桥梁结构发生变形，变形过大导致桥梁混凝土脱落、内部混凝土崩裂以及钢筋屈服的现象的发生，从而导致桥梁结构丧失承载能力。弯曲破坏主要有四个阶段：地震造成的水平弯矩超过桥梁自身的开裂强度，便会产生裂缝；然后随着地震荷载强度的增加，裂缝慢慢增大；随后桥梁的变形变得越来越厉害，从而导致桥梁塑性铰范围增大以及混凝土保护层的脱落；最后桥梁出现弯曲破坏。

二、桥梁抗震设计的基本原则

1、严格选择桥梁建设地点，综合评估建设地安全指数

一般桥梁建设第一步就是要选择桥梁建设的地点，桥址的选择主要有以下几方面：

（1）要参照地震区划图，依据地震发生概率和震级来进行初步的判断和分析，选择一些不易发生地震或者在发生地震的时候不易受到影响的相对比较安全的区域；

（2）要结合区域地形地势，选择便于施工，并有利于人员以及财产在发生地震灾害时疏散和转移的区域；

（3）要充分考虑区域地质情况，尽量选择持力层较好的区域，避免地震时土质松软导致抗震失效。

2、注重桥梁整体性设计，严格执行规范要求

一个良好的整体性桥梁设计可以增强桥梁的刚度，在地震发生时减少零碎的掉落。在进行桥梁设计的时候，不管是平面设计还是立面设计都要尽量遵守基本的科学规律，使用科学的几何尺寸，桥梁的刚度和材料的使用都必须要符合规范要求，从而来避免突然发生一些严重的物理性或者化学性变化。在进行结构设计时，桥梁的上部结构尽可能地采用连续结构。

3、提高抗震结构和构件的性能

地震之所以会对桥梁造成破坏是因为：地震引起桥梁结构振动，因此，进行结构设计时，尽可能少的使地震产生振动能量传到桥梁结构内部去，同时抗震结构及构建又具有较好的强度、刚度以及延性，便可以有效的防止结构受到的破坏。桥梁抗震结构的刚性可以有效的控制结构的变形，而延性以及强度则决定了抗震结构的抗震能力。由于地震的反复振动会导致结构和构建的变形，从而减弱结构的强度以及刚度，因此在进行抗震结构设计时还应该重视结构及构件的延性设计。

三、桥梁抗震设计方法

1、基于性能的抗震设计

这种设计方法是指在不同概率地震下，结构的性能能够达到一组预定的目标，是抗震设计的总体思想。其目的是在强度较大地震后，能够将人的伤亡情况和财产的损失控制在所预先设定的目标内，同时震后，结构的功能也依然可以继续维持。其特点如下。

打破原来以宏观定性的目标为主的局面，逐渐向量化的多重目标转化。

抗震设计目标不再局限于保障人民生命财产安全，而是多目标、多层次的来进行抗震方面的设计，力求最大限度的做到不同风险水平的地震作用下满足不同的性能目标，给人民的安全带来更大的保障。

2、桥梁减、隔震设计

减、隔震技术是简便、经济、先进的工程抗震手段。减、隔震装置是通过增大结构主要振型的周期使其落在地震能量较少的范围内或增大结构的能量耗散能力来达到减小结构地震反应的目的。在进行抗震设计时，要根据结构特点和场地地震波的频率特性，通过选用合适的减隔震装置、相应参数以及设置方案，合理分配结构的受力和变形。一方面，应将重点放在提高吸收能量能力从而增大阻尼和分散地震力上，不可过分追求加长周期。另一方面，应选用作用机构简单的减、隔震体系，并在其力学性能明确的范围内使用。减、隔震设计的效果，需要进行非线性地震反应分析来验证。

3、基于位移的设计方法

基本位移的设计方法虽然很早就被提了出来，但是直到现在才有所发展，成为可以应用于桥梁抗震上的设计方法。它是在结构强度不足的基础上提出的，而导致强度不足的原因是：许多规范由于经济等因素的制约，在设计地震作用时，允许结构物质发生可塑性屈服变形，这种情况下，只能改变结构性能的衡量指标，从而选择比较合适的脆性结构或不允许发生非弹性影响的构件。这种设计方法将结构的变形和构件发生的变化设置为变量，最终的设计结果以构件的强度为参数。

4、多阶段设计方法

为了最大限度上保证人民群众的生命安全，降低震后的经济损失，在设防水准方面，要不断地进行革新。其中所要考虑到的因素有很多，比如说：地震的产生机理、地震的特殊性能还有在地震的强力作用下各类结构的动力特征、构件能力等。这都需要我们在研究中不断总结教训，积累经验，改变原来的单一设防水准，转为双水准或三水准，原来的一阶段设计转为两阶段、三阶段，甚至会转变为更多的水准，更多的阶段。

5、桥梁延性抗震设计

目前延性抗震验算所采用的破坏准则主要有：强度破坏准则、变形破坏准则、能量破坏准则、基于低周疲劳特征的破坏准则以及用最大变形和滞回耗能来表达的双重指标破坏准则等。Housner在对悬臂式单质点系统的非线性地震反应进行分析后，将其破坏机理总结为：在形成完全的塑性反应之前，出现某种程度的塑性应变，由此而消耗的能量自然的构成结构等效粘滞阻尼的一部分；当完全进入塑性变形后，产生塑性漂移，并在单方向发展直到倒塌发生。他认为塑性反应阶段，保证结构不破坏的条件是让其保有足够的耗能能力。

四、结束语

桥梁工程的抗震设计需要设计人员及其他工作人员的认真对待，它的设计体现在各个阶段，是一项重要的系统工程。在桥梁的抗震性能设计的过程中，有许多需要注意的地方，只有不断地进行探索和研究，不断更新发展桥梁的抗震设计技术，桥梁才能有良好的抗震性能，在地震发生的时候，才能保证人们的生命和财产的安全。

参考文献

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[3]段獻礼.桥梁结构抗震设计与设防措施[J].建设科技，2009，No.15：103.