1、1浅议桥梁抗震设计中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1673-0992(2009)03-0080-02 摘要：通过分析桥梁震害及产生原因，从设计的角度提出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：抗震设计 桥梁结构 措施 1 桥梁的震害原因 (1)地震位移造成的梁式桥梁上部活动节点处因盖梁宽度设置不足导致落梁或梁体相互磁撞引起的破坏，而对拱式结构则主要表现在拱上建筑和腹拱的破坏，拱圈在拱顶、拱脚产生的破损裂缝，甚至整个隆起变形。 (2)由于
2、地基土(如饱和粉细纱和饱和粘沙土)的地震液化影响，同样加大了地震位移的影响。进而放大了结构的振动反应，使落梁的可能性增大。当采用排架桩基础时。则使桩基的承载力降低，从而造成与地震反应无关的过大的竖向和横向位移，而简支梁桥对此尤为明显。另外，2由于地基软弱，地震时当部分地基液化失效后引起了结构物的整体倾斜，下沉等严重变形，进而导致结构物的破坏，震害较重。 (3)软弱的下部结构破坏。即由于桥梁下部结构不足以抵抗其自身的惯性力和支座传递的主梁的地震力。导致结构下部的开裂、变形和失效。甚至倾覆，并由此引起全桥的严重破坏。 (4)在松软地基上的桥梁，特别是特大桥、大中桥，地震时往往发生河岸滑移，使桥台向
3、河心移动。导致全桥长度的缩短，这类震害是比较严重的。 2 抗震设计 早在 20 世纪 70 年代，多级抗震设防的思想首先在核电站抗震设计中被提出。多级设防的合理性众所周知，从近几年各国桥梁抗震设计规范的发展来看，采用多级设防原则的国家不断增多，我国建筑抗震设计规范(GBJ11-89)也早已采用 2 阶段设计实现 3 级抗震设防的目标要求。根据 3 级抗震设防原则，定义以下的 3 级地震水平： 地震水平 I：定义为桥梁在正常使用寿命期间发生的大概率的地震作用。这个地震水平一般相当于 50 年内超越概率 60 左右，即约为 55 年一遇的地震，称为多遇地震。 地震水平：定义为桥梁在正常使用寿命期间
4、发生的中等概率的地震作用。这个地震水平一般相当于 50 年内超越概率 10 左右，即约为 475年一遇的地震。 3地震水平：定义为桥梁在正常使用寿命期间发生的小概率地震作用。这个地震水平一般相当于 50 年内超越概率 2 左右，即约为 2475 年一遇的地震，称为罕遇地震。 上述这个原则实际上也规定了结构在 3 级地震水平下相应的反应：在多遁地震作用下，结构总体处于弹性反应范围，结构构件没有损坏：在设防烈度的地震作用下，结构可能出现一定的塑性变形，但最大变形值应限定在远低于结构的容许变形以内；在罕遇地震作用下，结构将经历较大的弹塑性变形循环，最大变形可能达到结构的容许变形值，但始终不超过容许变
5、形值。 2.1 抗震概念设计 由于地震发生的不确定性和复杂性，再加上结构计算模型的假定与实际情况的差异，使“计算设计”很难控制结构的抗震性能，因而不能完全依赖计算。结构抗震性能的决定因素是良好的“概念设计” 。因此，在桥梁的方案设计阶段，不能仅仅根据功能要求和静力分析就决定方案的取舍，还应考虑桥梁的抗震性能，尽可能选择良好的抗震结构体系。 在抗震概念设计时，要特别重视上、下部结构连接部位的设计。桥墩形式的选取，过渡孔处连接部位的设计以及塑性铰预期部位的选择。 为了保证所选择的结构体系在桥址处的场地条件下确实是良好的抗震体系，必须进行简单的分析(动力特性分析和地震反应评估)。然后结合结构设计分析
6、结构的抗震薄弱部位。并进一步分析是否能通过配筋或构造设计保证这些部位的抗震安全性。 最后，根据分析结果综合评判结构体系抗震性能的优劣，决定是否4要修改设计方案。 2.2 延性抗震设计 在目前的结构抗震设计中已普遍采用延性抗震准则，其表达式为： 。 其中， 和分别为实际和允许的延性比。这是在延性抗震设计中使用最广泛的破坏准则。 桥梁的延性抗震设计应分两个阶段进行：1)对于预期会出现塑性铰的部位进行仔细的配筋设计：2)对整个桥梁结构进行抗震能力分析验算，确保其抗震安全性。这两个阶段可以反复，直到通过抗震能力验算(或进行减、隔震设计以减小地震反应)。 结构关键截面(塑性铰)的曲率延性系数一般远远大于
7、结构的位移延性系数。这是因为一旦屈服出现，进一步的变形主要依靠塑性铰的转动。塑性铰区的横向钢筋配置要同时满足保证截面的延性和保证纵向钢筋不压溃屈曲这两个要求。在这一方面。目前我国的规范还相当不足，可参考国外规范进行。 2.3 桥梁减、隔震设计 减、隔震体系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。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 桥梁抗震、加固措施 5(1)结构的刚度对称有利于抗震，不等跨的桥梁容易发生震害。特别是一座桥内墩身高度相差过大，在较矮的桥墩上会产生很大的地震水平力：跨径不同。在大跨径的桥孔
8、的桥墩上也产生大的地震力。 设计上尽量避免在高烈度区采用这种桥型，如无法避免。宜在不利墩上设置消能措施降低墩顶集成刚度，例如设抗震支座等。 (2)斜桥的抗震性能较差。由于斜桥的抗推刚度非常大，在高烈度区，相应于桥墩的基本周期动力放大系数也非常大，这导致地震效应扩大。另外，在桥台处，地震时河岸不稳，易向河心滑移，使桥长缩短，桥孔发生错动或扭转，造成墩台身开裂或折断。 建议如地基条件允许，台身可作成 T 型或 U 型这类整体性强、抗扭刚度大的，或采用埋置式。如在松软的地基上，桥梁宜正交。并适当增加桥长，使桥台放在稳定的河岸上。 (3)在可能发生地震液化的地基上建桥时。应采用深基础，使桩或沉井穿过可
9、能液化的土层埋入较稳定密实的土层内。沈山高速公路辽中段地质中普遍有相当厚度的粉沙和细沙。在设计时，这部分土层只计厚度，不考虑其力学性质。 (4)采用浅基的小桥和通道应加强下部的支撑梁板或做满河床铺砌。使结构尽量保持四铰框架的结构，防止墩台在地震时滑移。 (5)在高烈度区的桥梁，纵向梁间设置消能设施，消能设施应有足够的强度，并能满足梁端位移要求。此外，为防止发生落梁，应加强上、下部结构之间的联系。桥梁的支座锚栓、销钉、剪力键等应有足够的强度。 6(6)现阶段钢筋混凝土桥墩的抗震加固技术主要有：加大截面加固法。这种方法对提高桥墩的强度及刚度较提高延性更有效，更适合于未进行抗震设计的桥梁。加固的效果
10、取决于新旧混凝土之间的良好共同作用及钢筋的锚固性能。缺点是不美观。也不适于水下施工。钢板一角钢加固法。在矩形或方形桥墩的四周设置钢板并在转角处用焊接角钢连接，可显著提高强度和刚度。钢纤维混凝土加固法。复合材料(玻璃纤维、碳素纤维)加固法。外包钢管加固法。 4 结语 大量的震害表明，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。随着对地震机理认识的逐步加深，提高和完善桥梁结构物的各项功能，以及桥梁抗震构造措施进一步的改进和完善，可以很好地达到桥梁结构的防震和抗震效果。只要认真分析和了解结构的地震反应和特性，精心设计并采取一系列有效的抗震措施，我们不但可以很好地达到结构的防震和抗震效果。
