浅析公路桥梁的防震设计要点

浅析公路桥梁的防震设计要点

朱宏涛

中铁十八局集团第三工程有限公司072700

摘要：地震是一种破坏性极强的自然灾害，而且依照目前的科技水平，还无法对地震灾害进行准确的预测，公路桥梁一旦遭受到地震灾害，轻则发生桥梁开裂、损坏等现象，重则发生桥梁倒塌、车毁人亡等严重事故。公路桥梁的防震是指在地震作用下能够按照设计要求，实现预期功能的桥梁工程的预防措施。减少地震对公路桥梁的破坏程度。

关键词：公路桥梁；防震设计；设计要点

1.公路桥梁所受震害的主要形式

1.1主梁的震害

在地震灾害中，公路桥梁最为严重的震害形式就是主梁的坠落，也叫落梁。落梁的主要原因是因桥台、桥墩发生倾斜或倒塌现象，或者是梁体发生碰撞现象，或者是相邻的桥墩之间发生相对位移过大。

1.2桥台的震害

桥台震害的主要形式是桥台跟路基一起向着河心发生滑移，对于重力式桥台，一般表现为桥台的胸墙发生开裂现象，以及台体发生转动、移动和下沉现象；对于桩柱式桥台，则主要表现为桩柱发生倾斜、开裂或折断等现象。

1.3桥墩的震害

桥墩震害的表现形式主要是桥墩发生倾斜、沉降、移位现象，或是墩体发生开裂、剪断现象，或是钢筋混凝土因受压而发生崩溃、钢筋屈曲，或是在桥墩与基础连接处发生折断、开裂现象。

1.4地基与基础的震害

地基与基础震害的主要表现就是桥梁发生倒塌现象，在所有桥梁的震害中，这种震害的修复难度最大。

2.公路桥梁抗震设防的标准

地震作用下的公路桥梁的危害程度是由公路桥梁所在场地的危险性以及桥梁的结构的易损性决定的。公路桥梁工程师通过对工程所在场地的地震危险性进行分析，然后按照桥梁结构在地震的作用下可接受的危害程度，采用合理的结构体系以及抗震构造措施。抗震设防标准的确立，不仅仅是结构的安全问题，还包括设计师的设计理念、国家的经济指标等因素。考虑到我国当前的经济水平，参考国内外的同类型公路桥梁的抗震设防标准，建议公路桥梁特大桥的抗震设防地震的概率是一百年超过百分之十；特大桥的引桥与大中小桥的抗震设防地震的概率水平是五十年超过百分之十。

3.公路桥梁的防震设计要点

3.1公路桥梁一般的防震设计

3.1.1地段选择

桥梁建设地点应该尽量选在地势平坦、地质比较好且承载力高的位置。公路桥梁项目的工程设计者在设计之初，应该对建筑地段进行合理化选择，掌握当地的地质资料和以前的地震活动情况，避开不宜建筑地段，并采取适当的防护措施。

3.1.2设计合理的结构方案

一般情况下，设计者在确定路线和控制点时，都应避开烈度高，震害破坏性大的地段，并合理利用当地地势地形，采用合适的设计方案，在确保桥梁防震水平的用时减少对自然平衡条件的破坏。

3.1.3分析桥梁系统中防震的强弱部分

通过对多年来的震害资料进行查阅，发现桥梁下部结构崩塌比较严重，桥梁上部结构防震能力相对较好。震害主要会使桥梁上部结构中桥梁端撞损、梁片分离，不会影响桥梁的主要功能，震后修复也相对容易。

3.2桥梁防震设计的方法

3.2.1基于强度的设计方法

我国早期的防震设计基本上都是基于强度的设计方法，这种方法把地震加速度看作是桥梁结构破坏的唯一的一个因素，忽略了结构本身动力性质对结构反应造成的影响，将地震力当成静荷载进行结构分析，有很大的局限性。这时结构失效的准则是以结构构件的强度或者是刚度是否达到特定极限状态来判定的。目前这种方法仍用于防震设计规范。

3.2.2基于延性的设计方法

结合桥梁结构弹塑性破坏的特点，我国目前桥梁防震设计主要是基于延性的反应谱法，这种方法是对桥梁结构进行动力特性分析，对各主振动应用谱曲线作某强震记录的最大地震反应计算，并对主振型最大反应值进行组合，同时采用地震力修正系数调整反应谱加速度或弹性分析的地震内力，来反映不同结构的延性需求。

3.2.3基于性能的防震设计

基于性能的防震设计就是结构在受到不同水平地震作用下的性能达到预期的性能目标，是为了使防震设计从宏观的定性目标过渡为定量的多重目标，通过多层次、多目标的防震设计最大程度的保障人民生命财产安全的需要，满足桥梁的结构性能目的。基于性能的防震设计首先要科学的定义和确定地震危险性，确定桥梁结构在不同地震作用下的损伤状态和性能水平，采用位移设计方法、承载力设计方法和能量设计方法开展设计工作。

3.3防震设计措施

3.3.1桥梁基础处理

对于桥梁地基处于不良地质的情况，设计时可根据实际情况采用相应的方法处理。如岩层较浅的采用较大扩基或固定在基岩上；地基软硬不均或砂层较厚地下水位较高的地区，为防止沙土液化等现象的发生，可以适当的增加桥的长度，合理布置孔径，使桥台和桥墩能够避开可能发生滑动的不稳定地段；采用深桩、排桩穿过液化层，同时采用承台等加强联接，设置围裙或条形基础，加大基础基底面积、减少基底偏心，并且适当增加桥梁基础埋置的深度。

3.3.2积极采取减隔震设计

①和传统的防震设计相比较，减隔震桥梁设计对于防震更加有效，因为传统的防震设计一般是通过增大构件的截面或者增加配筋来实现的，这样并不经济，防震效果也不是很好。减隔震设计是通过采用柔性的支承体系，延长了结构周期，减小结构的地震反应，并采用阻尼器装置来消耗和分散能量，限制了桥梁结构的位移，保证了正常使用荷载下的刚度。

②减隔震设计在使用时要注意它的适用性，其主要适用于：下部结构高度变化不规则，刚度分配不均匀的桥梁防震设计；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的桥梁防震设计；预期地面运动特性具有较高的卓越频率的桥梁防震设计。当支座中出现负反力时就不宜采用减隔震设计了。

③减隔震装置的形式多样，如高阻尼橡胶支座、橡胶支座＋摩擦阻尼器等分离型减隔震装置包括；摩擦摆隔震支座、铅芯橡胶支座等整体型减隔震装置。

3.3.3桥墩处理

在对桥梁进行桥墩的防震设计时，尽量采用等截面桥墩，避免锥形的，这样就可避免变截面的桥墩较大的纵波应力，通过采用纵波应力较小的等截面桥墩来达到较小纵波应力的目的。当桥墩比较粗，能够承受比较大拉力的时候，一般用预理钢筋将桥梁及桥墩联结起来，来达到防止桥面在地震时上抛，落下砸坏桥墩的目的。另外在支座处安放弹簧等缓冲的物品也可以防止桥面落下时冲坏桥墩。

结束语

近年来，世界各地的地震不断，我国的汶川特大地震后的公路交通系统完全瘫痪，给救援带来了极大的影响。地震带来的巨大损失和伤痛，告诉我们，防震设计的道路还很长很遥远，需要我们吸取惨痛的教训和震后经验来提高公路桥梁的防震水平。相信，在未来的防震设计的研究中，我国将会不断研发出更利于隔震减震的技术，使我国公路桥梁防震技术进一步得到发展，使我国公路桥梁防震技术水平的发展进入历史新的纪元。

参考文献

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[2]李凡，张鲁辉.关于公路桥梁抗震设计的探讨[J].中国科技博览.2013.

[3]王克海，李冲，李悦.中国公路桥梁抗震设计规范中存在的问题及改进建议[J].建筑科学与工程学报.2013.