桥梁抗震设计及对策分析

1、桥梁抗震设计及对策分析    摘要：为保障公路桥梁设施的完好，发挥其在抗震救灾中的作用，需对公路桥梁设计进行深入的抗震计算和研究。本文介绍了桥梁抗震设计基本原理，分析了桥梁抗震设计对策。    关键词：桥梁; 抗震; 设计; 对策 我国地震的特点是发生频率高、强度大、分布范围广、伤亡大、灾害严重。突发的强烈地震不仅使建设成果毁于一旦，而且还会给人民的生命财产造成不可估量的损失。桥梁作为生命线系统工程中的重要组成部分，在各种救灾中，发挥着重要作用。因此应确保桥梁在强烈地震后能够不需修复或简单修复可继续使用的能力。一、

2、桥梁抗震设计基本原理结构地震响应分析方法可以分为确定性方法和非确定性( 或概率性) 方法两大类。确定性方法是以确定性的荷载作用于结构，求解该确定性荷载作用下结构动力反应的方法。弹性静力法、反应谱法和时程分析法均属于确定性方法。非确定性方法将地震视为随机过程，以此随机地震动作用于结构，求出结构动力响应统计量。1、确定性方法（1）静力法最早在1899 年，由日本学者大房森吉提出，该法假设结构各部分与地震动具有相同的振动规律。结构因地震力引起的惯性力等于地面运动加速度与结构总质量的乘积，以此惯性力作为静力施加于结构，进行结构线弹性静力分析。（2）反应谱法反应谱方法的基本原理是，作用于结构的实际地震波

3、是由含有一定卓越频率的复杂波组成，当地震的卓越频率和结构的固有频率相一致时，结构物的动力反应就会变大。不同周期单自由度振子在某一地震记录激励下，可得到体系周期与绝对加速度、相对速度和相对位移的最大反应量之间的关系曲线，即加速度反应谱、速度反应谱和位移反应谱。由于客观存在随机因素影响，使得不同地震记录得到反应谱具有很大随机性、离散性，实际应用的规范反应谱是大量地震记录输入后得到众多反应谱曲线经统计平均和光滑后而得到的。结构物可以简化为多自由度体系，多自由度体系的地震反应可以按振型分解为多个单自由度体系反应的组合，每个单自由度体系的最大反应可以从反应谱求得。（3）时程分析法时程分析法是将实际地震动

4、记录或人工生成的地震波作用于结构，直接对结构运动方程进行数值积分而求得结构地震反应的时间历程。时程分析法由于采用了符合场地情况的具有概率意义的加速度过程作为地震动的输入，因此可以精确地考虑结构基础土的相互作用、地震波多点输入等因素而建立结构动力计算模型和结构地震响应振动方程。但为了较合理的体现地震荷载的随机性，同一输入点的地面运动需要多组加速度时程进行模拟，之后作统计处理，计算量十分庞大。2、非确定性方法随机振动法建立在地面运动统计特征的基础上，把具有统计性质的地震动作用到结构上，提供了结构响应的统计度量，不受任意选择的某一输入运动控制。由于随机振动法已经考虑了地震发生时地面运动的概率统计特性

5、，被认为是一种较为先进的分析工具。尽管还有种种不够成熟之处，现已被作为与反应谱法、时程分析法并行的一种抗震分析方法列入我国规范。二、桥梁抗震设计对策分析根据桥梁震害的分析知道，地震对桥梁的破坏作用，不仅与桥梁的结构本身有关，还与所处的场地、地基及地形地貌等有关。抗震设计中除了进行抗震设计计算外，桥位选择、桥型选择、结构体系布置、结构构造设计同样重要。1、总体设计中应注意的问题（1）桥位选择选择桥址时，应避开地震时可能发生地基失效的松软场地，选择坚硬场地。基岩、坚实的碎石类地基、硬粘土地基是理想的桥址场地；饱和松散粉细砂、人工填土和极软的粘土地基或不稳定的坡地都是危险地区。拱桥应尽量避免跨越断层

6、，特殊困难情况下应进行地震安全性评价。（2）桥型选择桥梁应结合地形、地质条件、工程规模及震害经验，选择合理的桥型及墩台、基础型式。宜尽可能采用技术先进、经济合理、便于修复加固的结构体系。可以考虑采用减震的新结构，比如型钢混凝土结构等。（3）桥孔布置桥孔宜选用有利于抗震的等跨布置，并尽量避免高墩与大跨的结合。宜体形简单、自重轻、刚度和质量分布均匀、重心低、便于施工。位于地震后可能形成泥石流沟谷上的桥梁，孔跨和桥下净高宜根据流域内的地形、地质情况酌情加大。2、桥梁抗震构造措施（1）基础抗震措施应加强基础的整体性和刚度，同时采取减轻上部荷载等相应措施，以防止地震引起动态和永久的不均匀变形。在可能发生

7、地震液化的地基上建桥时，应采用深基础，使桩或沉井穿过可能液化的土层埋入较稳定密实的土层内一定深度。并在桩的上部，离地面13m的范围内加强钢筋布设。（2）桥台抗震措施桥台胸墙应适当加强，并增加配筋，在梁与梁之间和梁与桥台胸墙之间应设置弹性垫块，以缓和地震的冲击力。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，以防止墩台在地震时滑移。当桥位难以避免液化土或软土地基时，应使桥梁中线与河流正交，并适当增加桥长，使桥台位于稳定的河岸上。桥台高度宜控制在8m以内；当台位处的路堤高度大于8m时，桥台应选择在地形平坦、横坡较缓、离主沟槽较远且地质条件相对较好的地段通过，

8、并尽量降低高度，将台身埋置在路堤填方内，台周路堤边坡脚设置浆砌片石或混凝土挡墙进行防护，桥台基础酌留富余量。如果地基条件允许，应尽量采用整体性强的T形、U形或箱形桥台，对于桩柱式桥台，宜采用埋置式。对柱式桥台和肋板式桥台，宜先填土压实，再钻孔或开挖，以保证填土的密实度。为防止砂土在地震时液化，台背宜用非透水性填料，并逐层夯实，要注意防水和排水措施。（3）桥墩抗震措施利用桥墩的延性减震是当前桥梁抗震设计中常用的方法。高墩宜采用钢筋混凝土结构，宜采用空心截面。可适当加大桩、柱直径或采用双排的柱式墩和排架桩墩，桩、柱间设置横系梁等，提高其抗弯延性和抗剪强度。在桥墩塑性铰区域及紧接承台下桩基的适当范围

9、内应加强箍筋配置，墩柱的箍筋间距对延性影响很大，间距越小延性越大。桥墩的高度相差过大时矮墩将因刚度大而最先破坏。可将矮墩放置在钢套筒里来调整墩柱的刚度和强度，套筒下端的标高同其他桥墩的地面标高。（4）支撑连     接构件抗震措施墩台顶帽上均应设置防止落梁措施，加纵、横向挡块以限制支座的位移和滑动。橡胶支座具有一定的消能作用，对抗震有利。在不利墩上还应采用减隔震支座(聚四氟乙烯支座、叠层橡胶支座和铅芯橡胶支座等) 及塑性铰等消能防震装置等。选用伸缩缝时，应使其变形能力满足预计地震产生的位移，并使伸缩缝支承面有足够的宽度，同时设置限位器与剪力键。（5）上部

10、结构抗震措施在高烈度地震区尽可能采用整体规则性好的桥梁结构，结构的布置要力求几何尺寸、质量和刚度均匀、对称、规则，避免突然变化。从几何线形上看，尽量选用直线桥梁。多跨简支梁桥由于整体性差，发生落梁的危险远大于单跨简支梁桥或连续梁桥，故加强上部结构的整体性，限制其位移，是提高桥梁上部结构抗震能力的有效措施。对于多跨简支梁时，应加强梁(板)之间的纵、横向联系，将桥面做成连续，或采用先简支后结构连续的构造措施。此外，应加大简支梁梁端至墩、台帽或盖梁边缘的距离，防止落梁。对于梁(板)桥，应采用纵、横向约束装置，限制梁的位移，如采用拉杆、钢筋硅挡块、锚杆等，梁与墩帽用锚栓连接，T梁在端横隔板之间螺栓连接

11、。挡块和锚杆要满足产生预计地震力时的抗剪要求。曲梁桥，应采用上、下部之间用锚栓连接的方式。在梁与梁之间和梁与桥台胸墙之间设置弹性垫块，以缓和地震的冲击力。（6）结点抗震措施桥梁结点区域一旦受损将难以修复。城市高架桥墩柱的结点、桥墩与盖梁的结点、桥墩与基础的结点等，是保证桥梁整体工作的重要构件。在桥梁抗震设计中，除了保证墩、梁有足够的承载力和延性外，还要保证桥梁结点有足够的承载力，避免结点过早破坏，即“强节点，弱构件”。参考文献：1 高远,魏志刚,王庆宽. 浅谈桥梁抗震分析方法J. 吉林交通科技, 2009,(01) . 2 徐日雄. 浅谈桥梁抗震设计J. 科技情报开发与经济, 2010,(01) .