1、浅谈桥梁抗震设计的要点摘要：地震灾害不仅造成大量人员伤亡，造成大量地面建筑物和各种设施的破坏与倒塌，还严重地造成交通中断，作为生命线工程的铁路桥梁、公路桥梁、城市高架桥受到很大的损坏，给后续救助工作造成了极大困难，因此做好桥梁的抗震设计意义重大。本文首先归纳了桥梁结构地震破坏的主要形式，然后介绍了桥梁设计的思路，然后详细探讨了桥梁抗震设计的要点，最后对减隔震设计做了简要说明。 关键词：桥梁；抗震；延性；基于性能；减隔震 Abstract: earthquake disasters not only caused a large number of casualties, a large amo
2、unt of ground buildings and facilities damage and collapse, also seriously disrupting traffic, as the lifeline engineering, railway viaduct bridge, highway bridge, city is very big damage, to the subsequent rescue work has caused great difficulties, therefore completes the bridge seismic design is o
3、f great significance. At first, this paper sums up the main form of bridge structure earthquake damage, and then introduces the bridge design train of thought, and then discusses the main points of the bridge seismic design in detail, finally, the vibration isolation design made a brief description.
4、 Key words: Bridges; Earthquake; Ductility; Based on performance; Reduce isolation 中图分类号：U452.2+8 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 1 桥梁结构地震破坏的主要形式 1.1 弯曲破坏 结构在水平地震荷载作用下由于过大的变形导致混凝土保护层脱落、钢筋压屈和内部混凝土压碎、崩裂，结构失去承载能力。整个过程可以用以下四个阶段来描述：当弯矩达到开裂强度时，截面出现水平弯曲裂缝；随着裂缝的发展和荷载强度的提高，受拉侧的纵筋达到屈服强度；随着变形量的增大，混凝土保护层脱落、塑性变形范围扩
5、大；钢筋压屈(或拉断)和内部混凝土压碎、崩裂。 1.2 剪切破坏 剪切破坏是桥梁在水平地震荷载作用下，当结构受到的剪切力超过截面剪切强度时发生剪切破坏，整个破坏过程也可以用四个阶段来描述：截面弯矩达到开裂强度时，截面出现水平弯曲裂缝；随着裂缝的发展和荷载强度的提高，柱内出现斜方向的剪切裂缝；局部剪切裂缝增大，箍筋屈服导致剪切裂缝进一步增长；发生脆性的剪切破坏。 1.3 落梁破坏 当梁体的水平位移超过梁端支撑长度时发生落梁破坏。落梁破坏是由于梁与桥墩(台)的相对位移过大，支座丧失约束能力后引起的一种破坏形式。发生在桥墩之间地震相对位移过大、梁的支撑长度不够、支座破坏、梁间地震碰撞等情况。 1.4
6、 支座破坏 上部结构的地震惯性力通过支座传到下部结构，当传递荷载超过支座设计强度时支座发生损伤、破坏。支座损伤也是引起落梁破坏的主要原因。对于下部结构而言，支座损伤可以避免上部结构的地震荷载传到桥墩，避免桥梁发生破坏。 桥梁抗震设计的思路 2.1 延性设计思路 结合桥梁结构弹塑性破坏的特点，一些学者提出了基于反应谱的延性抗震设计思路。该方法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。如美国 AASHTO 桥梁设计规范就针对桥墩、基础、支座等构件，采用不同的地震反应修正系数 R对弹性地震力进行折减，得到设计地震力。 2.2 基于性能的抗震设计思路 基于性能的
7、抗震设计实际上是一总体设计思想，主要指结构在受到不同水平地震(不同概率地震)作用下的性能达到一组预期的性能目标。基于性能的抗震设计是使设计出的结构在指定强度地震下的破损状态及其造成的经济损失、人员伤亡等控制在预期的目标范围内，使结构震后的功能得以延续和维持。 基于性能的抗震设计的特点是使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡，将抗震设计由以保障人们生命安全为基本目标转化为不同风险水平地震作用下满足不同的性能目标，从而通过多目标、多层次的抗震安全设计来最大限度保障人民生命财产安全， 满足业主所需的结构性能目标。 基于性能的抗震设计内容主要包括: 1)科学的定义和确定地震危险性；2) 确
8、定结构在不同水平地震作用下损伤状态、性能水平和性能指标；3) 设计方法，主要包括承载力设计方法、位移设计方法和能量设计方法等。 2.3 基于强度的设计方法 早期的抗震设计基本采用基于强度的抗震设计方法，将地震力当作静荷载进行结构分析，以结构构件的强度或刚度是否达到特定的极限状态作为结构失效的准则。且该方法是目前许多抗震设计规范仍采用的设计方法。 桥梁抗震设计的措施 3.1 上部结构抗震设计措施 1、尽量采用连续桥跨 尽量采用连续的桥跨代替简支梁跨，进而减少伸缩缝的数量，降低在此落梁的可能性，同时也提高了桥上行车的舒适性。 桥跨不宜太长 地震区桥跨不宜太长，大跨度意味着墩柱承受的轴向力过大，从而
9、降低墩柱的延性能力。 简支桥梁加固措施 对常规的简支桥梁结构，首先，应加强桥面的连续构造，在梁与梁之间、梁与桥台之间应采用钢筋拉杆连接，以及需提供足够的加固宽度以防止主梁发生位移落梁，另外还应适当加宽盖梁及支座的宽度，并增设防止位移的隔挡装置等。其次，应采用防震锚栓，在平常荷载作用下梁体可以在预留的空间内伸缩变形，自由滑动；在地震荷载作用下，防震锚栓可起到限位耗能的作用，减耗部分地震能量。 3.2 下部结构抗震设计 1、基础处理 对于不良地质，可以根据不同的具体地质情况采用不同的方法进行处理。 （1）对于岩层较浅的地方，采用较大扩基或固定在基岩上，或者在扩基处砌筑厚度为 1.52m 的围裙。
10、（2）对于地基软硬不均，或砂层较厚地下水位较高地区要特别注意沙土液化，喷沙冒水现象的发生，可适当增加桥长。 （3）合理布孔，使桥墩、桥台避开地震时可能发生滑动的岸坡或地形突变的不稳定地段。或采用深桩、排桩穿过液化层，并采用系梁、承台等加强联结，或减轻结构自重，在非冲测线下一米处，设置围裙或条形基础。 （4）加大基础摹底面积、减少基底偏心，并适当增加理置深度，亦可在台前或墩两侧设斜撑，并在考虑采用时，将水平地震力和竖向地震力加以组合验算，换土或采用砂桩也是一种常用的方法。 2、桥墩设计 （1）对于震区的桥墩，最好采用等截面，不宜做锥形截面墩，因为变截面的桥墩的纵波应力较大，而等截面桥墩的纵波应力
11、相对较小，这样可以减少波应力。 （2）在桥墩较粗能够承受较大拉力时(一般用于大桥)，为了防止桥面在地震时上抛，落下砸坏桥墩(桥台)，一般用高强螺栓或预理钢筋将桥梁及桥墩(台)联结起来。 （3）对于中小桥，一般采用简支板(或预应力板)，它允许桥面与桥墩能够自由分开。地震时，为了防止桥面自由上抛时挢墩承受过大的拉力，同时，为了防防止桥面落下时冲坏桥墩，在支座处安放弹簧或橡胶支座等缓冲的东西。 3.3 桥梁支座的抗震设计 1、对采用橡胶支座而无固定支座的桥跨，应加设防移角钢或设挡轨，作为支座的抗震设计。 2、对高烈度区的桥梁设计应在纵向设置一定的消能装置，如采用聚四氟乙烯支座、迭层橡胶支座、铅芯橡胶
12、支座等减、隔震支座以及在梁体与墩台的连接处增加结构的柔性和阻尼，以便共同受力和减小水平桥梁荷载的作用。 3、由于拱桥对支座水平位移十分敏感，同时两边桥台的非同步激振会引起较大的伪静力反应，有时甚至会大于惯性力所引起的动力反应，因此要求震区的拱桥墩台基础务必设置于整体岩盘或同一类型的场址上，以保证地震时各支座的同步激振。 4 桥梁的减隔震设计 4.1 减隔震装置 1、滑动摩擦型减隔震支座 滑动摩擦型支座利用不锈钢与聚四氟乙烯材料之间相当低的滑动摩擦系数制成，也称为聚四氟乙烯滑板支座。这种支座具有摩擦系数小，水平伸缩位移大的优点，作为桥梁活动支座十分适宜。在地震作用下，滑动摩擦型支座允许上部结构在
13、摩擦面上发生滑动，从而将上部结构能够传递到下部结构的最大地震力限制为支座的最大摩擦，同时通过摩擦消耗大量的地震能量。这类支座的缺点是没有自复位能力，用作隔震支座时，支座响应的可预测性和可靠性都不尽如人意，所以常与阻尼器和橡胶支座等其他装置一起使用。 滑动摩擦型减隔震支座示意图 2、分层橡胶支座 分层橡胶支座，国内常称为板式橡胶支座。由薄橡胶片与薄钢板相互交替结合而成，支座平面形状多采用圆形或矩形。在抗震设计中主要考虑分层橡胶支座的水平刚度和阻尼作用等因素。橡胶支座的水平剪切刚度, 指上、下板面产生单位位移时所需施加的水平剪力。橡胶支座通过在变形过程中消耗能量提供阻尼，这种阻尼主要取决于橡胶层变
14、形的速度。以天然橡胶为主要材料制作的支座，典型的阻尼比为 5%10%。分层橡胶支座的力位移滞回曲线呈狭长形，所提供的阻尼较小，因而在减隔震桥梁设计中，常与阻尼器一起使用。 分层橡胶支座示意图 4.2 减隔震装置的选择 桥梁的减隔震系统应满足如下三个基本功能： 1、具备一定的柔度，用来延长结构周期，降低地震力。 2、通过阻尼、耗能装置等对地震力进行耗散，并将支承面处的相对变形控制在设计允许的范围内。 3、具备一定的刚度和屈服力，在正常使用荷载下结构不发生屈服和有害振动。 5 结语 综上，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。有效提高桥梁抗震性能，需要了解震害的类型以及桥梁所在地的地震发生情况，在这个基础之上，注意一些设计要点。遵循桥梁抗震设计基本原则，把桥梁结构的每一个部分有机结合在一起，形成一个强大的抗震整体，这样才能保证桥梁的抗震性能。 参考文献 1徐日雄.浅谈桥梁抗震设计J.科技情报开发与经济，2010.1. 2杨菲.浅谈桥梁抗震设计的问题及其对策研究J.科学之友，2011.3. 3刘青兰.基于性能桥梁抗震设计研究J.内蒙古公路与运输，2010.1
