王静 高军

摘 要：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。为达到桥梁合理的抗震性能，桥梁结构设计师应通过以往的工程项目以及地震灾害等经验所获得的正确的基本设计原则及设计思想，从而可以更好地解决桥梁建筑结构上、材料以及方案上的问题，这也是桥梁抗震概念设计的精髓所在。桥梁合理的抗震设计就是使桥梁的抗震结构在强度、刚度以及延性上有最佳的组合，从而可以有效而又经济地达到抗震的目标。本文便从桥梁受到地震破坏的主要形式上、桥梁抗震设计的设计原则上以及桥梁抗震设计的相关问题三方面对桥梁的抗震进行探讨，从而详细地分析了现代桥梁建筑的抗震设计。

关键词：桥梁；抗震设计；抗震性能

中图分类号：U448文献标识码： A

0 引言

地震具有突发性和强破坏力的特点，通常对公路工程具有极大的破坏作用致使严重的交通中断。桥梁作为“生命线工程”的重要组成部分，在地震发生后发生损坏坍塌，会给紧急救援和抗震救灾带来更多困难，不仅阻碍当前的救灾行动，还会影响灾后的恢复工作，因此应对桥梁抗震给予重视。

1桥梁结构地震破坏的主要形式

1.1 弯曲破坏

在地震的荷载的作用下，桥梁结构会产生变形，由于过大的变形会导致桥梁混凝土层的脱落、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。弯曲破坏主要也有一下四个阶段：①当地震带来的水平弯矩超过桥梁自身的开裂强度时，就会产生裂缝；②随着地震的荷载强度的提高，纵筋也会慢慢屈服，裂缝会继续发展；③桥梁的变形会越来越大，从而导致了桥梁塑性铰范围增大以及混凝土保护层的脱落；④发生弯曲破坏，混凝土的崩裂以及钢筋的屈服。

1.2 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：①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；②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；③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；④最后桥梁便会因地震而发生脆性的剪切破坏。

1.3 落梁破坏

落梁破坏是当梁体的水平位移超过了桥梁梁端的支撑长度时，桥梁与桥墩之间的相对位移逐渐增大从而使支座失效丧失了对桥梁约束能力的一种破坏形式。当支座受到破坏、桥梁的支撑长度不够、梁间因地震而产生碰撞时常常会导致落梁破坏的发生。

1.4 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。

2 桥梁抗震设计的设计原则

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Ⅱ：定义为桥梁在正常使用寿命期间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。

地震水平Ⅲ：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形值。

3. 桥梁抗震设计的相关问题

3.1上部结构抗震设计措施问题

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。

2、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，从而降低墩柱的延性能力。

3、简支桥梁加固措施问题

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下部结构抗震设计措施问题

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1.5～2m的围裙。

（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。

通过以上论述，我们对现代桥梁建筑地震的主要破坏形式、桥梁抗震设计的设计原则以及桥梁抗震设计所存在的相关问题进行了详细的研究以及深入的探讨。做好了桥梁建筑的抗震设计，使用者的安全才能得到良好的保证，桥梁行业才能够继续蓬勃发展。

参考文献

[1]王克梅.桥梁抗震的研究进展[J].工程力学，2007.

[2]王砚田.桥梁震害分析与抗震设计[J].交通标准化，2006.

[3]铁路桥梁抗震设计规范，GBJ1ll一87，北京：人民交通出版社，1989。