浅谈公路桥梁抗震设计的现状及发展趋势.docx

1、浅谈公路桥梁抗震设计的现状及发展趋势 摘要：随着现代科学技术的不断完善，人们的生活水平与精神文化需求也逐渐提升，对新时期的交通运输行业提出了更为严格的要求。桥梁工程作为现代交通实现系统化与网络化连接的中心枢纽，其安全性能应引起相关人员足够的重视。下文笔者就公路桥梁在地震中的破坏特点，论述了我国公路桥梁抗震设计的现状和发展。 关键词：公路；桥梁；抗震设计；减隔震 Abstract: Along with the continuous improvement of the modern science and technology, peoples living standards and the

2、 spiritual and cultural needs also gradually enhanced, in the new period of transportation industry proposed a more strict requiremeand network connection of the centre hub, and its safety performance related personnel should cause enough attenteristics, it discusses the present situation of the hig

3、hway bridge seismic design and developmtion 中图分类号： TU973+.31 文献标识码： A 文章编号： 众所周知，公路桥梁是生命线系统工程中的主要组成部分，在抗震救灾中，公路交通运输网更是抢救人民生命财产和尽快恢复生产、重建家园、减轻次生灾害的重要环节。在近几年发生的强烈地震中， 1999 年 9 月 21日台湾南投县 7.6 级地震， 2001 年 1 月 26 日印度古吉拉特州 7.9 级地震，地震区的许多桥梁均遭到了严重的破坏。让我们感受最深的是北京时间2008 年 5 月 12 日 14 时 28 分，在四川汶川县发生 8.0 级大地震，

4、地震造成交通严重中断，大量桥梁崩塌，大型救灾机械、医疗队、救灾物资不能及时输送到受灾地区，给抗震救灾造成极大的经济损失。 1 上部结构的破坏 上部结构自身因直接受地震力而破坏的现象极为少见，但因支撑面过小、支承连接件失效或下部结构失效等引起的落梁现象在破坏性地震中常有发生。而在落 梁破坏中，顺桥向的落梁占绝大多数。梁在顺桥向发生坠落时，梁端撞击下部结构常常使桥墩受到很大的破坏。因此，要避免上部结构的破坏，应该从如何使梁与支撑连接件连接更可靠、使下部结构以及基础更稳定、变形更小来考虑。 2 支座的破坏 桥梁支座是桥墩与梁体联系、传力的关键部位，它的破坏直接影响到梁体和桥墩。强大的地震力导致支座连

5、接件的破坏，严重的造成桥梁上下部结构失去联系，引起落梁。支座的破坏形式主要表现为支座锚固螺栓拔出、剪断、活动支座脱落及支座本身构造上的破坏。但历次地震中桥梁支座的破坏较为普遍。 由此可见，支座是桥梁结构中的薄弱环节，选择合理的上下部连接形式，对桥梁抗震性能十分重要。 3 下部结构的破坏 下部结构的震害是由于受到较大水平地震力瞬间反复的震动，引起下部结构损坏，轻微的破坏造成混凝土保护层剥落、墩台身开裂和纵向钢筋屈曲等，严重的破坏造成墩台的严重倾斜、剪断或折断、倒塌等。公路桥梁中广泛采用的钢筋混凝土柱式墩，在历次地震中的破坏大多发生在盖梁下方或柱身与基础的连接处。钢结构的桥墩会发生严重的屈曲，从而

6、丧失承载能力。 4 基础的破坏 扩张基础自身的震害很少 发生，主要原因是由于地质条件不良而出现基础沉降、滑移和倾斜等；桩基础的破坏现象则时有发生，而且不易及早发现。基础是直接建在地基上的，因此不论是何种基础形式，选择合适的桥位能给桥梁抗震减少很多的麻烦。 随着各地交通事业迅猛发展，特别是高速公路的兴建，跨越大江、大河的大跨桥梁以及大型立交工程的兴建，我国现行公路工程抗震设计规范(JTJ00489 （ )简称 “89 规范 ” ）已大大不能适应公路桥梁建设的抗震要求。而近十多年来，我国投入了不少资金和人力，对桥梁抗震设计进行深入研究、积累经验，同时借鉴国内外先 进的抗震设计新技术，我国公路桥梁抗

7、震设计理念和方法有了很大变化，并于 2008 年 10 月颁布实施公路桥梁抗震设计细则（ JTG/T B02-01-2008）（简称 “08 细则 ” ）。该细则比 89 规范更具体、更详细、更全面，为我国公路桥梁抗震设计提供了更新的思路、更高的标准。笔者就 08 细则谈谈桥梁抗震设计的现状和发展。 08 细则在抗震设计理念和方法上的重大变化主要表现为： (1)采用了“ 小震不坏、中震可修、大震不倒 ” 分级设防的抗震理念和思路； (2)采用了对应于小震和大震的强度和变形的两次设计 方法，即两水平设防（ E1 地震作用、 E2 地震作用）、两阶段设防（弹性抗震设计、延性抗震设计）； (3)取消

8、了概念含糊的综合影响系数 Cz;(4)引入了延性设计； (5)加强和细化了抗震措施； (6)引入了减隔震设计 08 细则综合当前主要地震国家桥梁抗震设计规范的基本思想和设计准则，把设计地震分为两个等级：功能设计地震和安全设计地震。在功能设计地震作用下，桥梁结构只允许发生十分轻微的破坏，不影响正常的交通，不经修复也可以继续使用；在安全设计地震作用下，允许桥梁结构发生较大的破坏，但不允许发生整体破坏，如倒 塌、落梁，通过临时加固，可供继续使用。根据以上这一准则， 08 细则制定了根据不同的桥梁类别相应的桥梁抗震设防目标，如下表 1 各设防类别桥梁的抗震设防目标： 在 08 细则中针对公路桥梁所处道

9、路等级不同，根据桥梁建设规模大小和修复难易程度，将公路桥梁分为 A,B,C和 D四类不同的设防类别，用不同的重要性系数 Ci 来调整作用在结构上的地震力，进行抗震强度及变形验算。 根据震害经验、概念设计和定性研究的结果提出构造细节方面的要求，对保证桥梁结构的抗震安全十分重要。传统的抗震设计只考虑了弹性抗震设计 ，现在人们已经认识到结构的延性能力对抗震性能的重要作用。 08细则就明确了桥梁下部结构须进行延性构造设计、延性构造细节设计。延性构造设计通过结构选定部位的塑性变形来抵抗地震作用。一方面，塑性变形能消耗地震能量，减小地震影响；另一方面，塑性铰的出现使结构的周期延长，从而减少地震产生的惯性力

10、。延性构造细节设计如规定在一定范围内要加密箍筋、箍筋的最小间距、箍筋的直径及最小配箍率等等。为保证结构的延性设计，同时最大限度地避免地震破坏的随机性， 08 细则引入了结构抗震设计中的一个重要原则 能力保护设计原则。该 原则的基本思想是：通过设计，使结构体系中的延性构造和能力保护构造形成强度等级差异，确保结构构件不发生脆性的破坏模式。基于能力保护设计原则的结构延性抗震设计过程，一般都具有以下特征： (1)选择合理的结构布局。 (2)选择地震中预期出现的弯曲塑性铰的合理位置，保证结构能形成一个适当的塑性耗能机制。 (3)通过强度和延性设计，确保潜在塑性铰区域截面的延性能力。 (4)确立适当的强度

11、等级，确保预期出现弯曲塑性铰的构件不发生脆性破坏模式（如剪切破坏、黏结破坏等），并确保脆性构 件和不宜用于耗能的构件 (能力保护构件）处于弹性反应范围。 地震破坏的过程也就是能量释放的过程，预先人为地在结构的一定部位安装特定装置，使结构与可能引起破坏的地面运动隔离开来，也就达到了抗震的目的，这就是减、隔震和耗能设计。这种设计不是采用传统的加强结构的抗震方法来提高结构的抗震能力，而是通过调整或改变结构动力参数的途径，以明显衰减结构的振动反应，有效地保护结构及内部设施在强地震中的安全，或在其他外干扰力作用下使结构满足更高的减震要求。这是当前在结构抗震设计方面，包括我国在内的各国正在试验、开发、应

12、用并逐步发展起来的一条新途径，是防震减灾积极有效的对策。 08 细则也制定了桥梁减隔震设计的原则和分析方法。桥梁结构的减隔震系统应满足以下三个基本功能：一定的柔度、耗能能力、一定的刚度。到目前为止，最常见的减隔震装置是铅芯橡胶支座，通常安装在建筑物与地基或者桥梁上部结构与桥梁墩台之间。每个铅芯橡胶支座兼有隔震和耗能的功能，同时支承着上部主体结构的重量，并提供弹性恢复力。 5 结语 一场大地震对桥梁的损害是直接的，同时由于道路的不通畅也进一步造成了更多人员的伤亡以及更大的经济损失，然而，地震 的发生是不可避免的。四川汶川县发生的 8.0级地震至今给人们的影响还远远没有消去如何在以后的桥梁抗震设计中做到更经济、更有效地抗击地震引起的破坏，始终是桥梁抗震研究设计人员需要认真学习、研究的重要课题。