试论桥梁抗震设计方法-发表论文

　　试论桥梁抗震设计方法
　　龚小庆
　　连云港市规划市政设计研究院有限责任公司江苏连云港222000
　　摘要：本文简单介绍了桥梁抗震的主要设计方法，并对各种设计方法理论根源进行分析，简要介绍了各自的利弊与使用条件，为在今后的抗震设计中选择合适的设计方法提供了依据。
　　关键词：桥梁抗震；抗震设计；抗震措施
　　引言：
　　我国是一个多地震国家，强烈地震会给人民生命财产和国家经济建设造成巨大损失，公路、桥梁也会遭受到不同程度的破坏。在抗震抢险救灾的过程中，良好的交通运输是及时抢救人民生命财产的保障，而且也是为灾区尽快恢复生产和重建家园的重要环节。作为结构设计工程师，必须充分认识到自己的职责所在，尽可能得利用自己掌握的专业知识，合理提高结构物的抗震能力，尽量减少地震带来的灾害。尤其是在桥梁设计中，桥梁结构设计工程师要努力掌握更多的结构抗震知识，提高抗震设防意识。
　　一、现行规范的桥梁抗震设计方法
　　现行公路工程抗震设计规范采用的是单一水准的强度验算方法，规范规定了一般结构的地震效应计算方法，这种方法采用的是弹性反应谱分析方法，较为简单地计算了结构在第一频率和第二频率下的地震效应，并将其组合褥到最终的地震效应，最后根据强度分析结果再进行结构的配筋验算或结构尺寸调整。另外规范还规定了7度、8度、9度区常规桥梁的抗震构造措施要求。对于高速公路和一级公路上的抗震重点工程，更要加强采取抗震措施。但需要注意的是规范并没要求抗震效应也相应提高一度进行计算。这部规范修订于20世纪80年代，限于当时的认识水平，已存在一些令人担忧的问题。
　　二、桥梁抗震设计
　　1．基于性能的桥梁抗震设计方法
　　“小震不坏、中震可修、大震不倒”三水准设防的抗震设计方法，是以保证生命安全为单一设防目标。尽管它可以做到在大震时主体结构可以避免倒塌以保证生命的安全，但仍可能导致在中小地震作用下结构丧失正常的使用功能而引起巨大的经济损失。正是基于这种情况，20世纪90年代，美国学者率先提出了基于功能的结构抗震概念(PBsD)，引起了地震工程界极大的兴趣。
　　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结构在不同水平地震作用下损伤状态、性能水平、性能指标；③设计方法：在设计初始就明确结构的性能目标，并且通过设计，使结构在设计地震作用下的反应能够达到预先确定的性能目标。基于性能的抗震设计方法强调的是“概念设计”，比“计算设计”更为重要。如果通过增加工程造价来增强结构的抗震性能显然是不经济的。比如桥梁结构往往只要稍加改进构造设计和桥型设计就能取得良好的抗震性能，这就要求桥梁设计者在桥梁方案的选择阶段，就应从抗震设计的观点提出桥梁的构造要求。例如上部结构和桥墩的连接形式是采用固结或用弹性连接，桥墩采用单柱式或多柱式，桥墩截面采用形状等等。合理的抗震设计应该包括两个步骤：①从概念上理解结构的抗震性能，从而选择较理想的抗震结构体系。②根据结构的抗震设防标准，进行抗震能力分析验算，必要时要进行减隔震设计，以提高结构的抗震能力。
　　2．延性和位移设计
　　传统的桥梁抗震设计采用强度次计方法，即使考虑到延性和位移，也是通过强度指标间接地实现现在人们越来越认识到了位移在桥梁结构抗震设计中的重要性。当前，很多研究者和工程师也建议在抗震设计中直接使用位移为设计参数，因此形成了多参数抗震设计方法。而且在这一方面，对于各种非弹性反应谱的研究和应用工作也一直在进行。而且现在位移设计的概念和方法已经纳入了一些建筑结构抗震设计指南和准则中。直接基于位移的抗震设计根据一定水准地震作用预期的位移计算地震作用进行结构设计，以使构件达到预期的变形，结构达到预期的位移。该方法采用结构位移作为结构性能指标，设计时假定位移是结杭震性能的控制因素．通过设计位移谱得出在此位移时的结构有效周期，求出此时结构的基底剪力，进行结构分析，并且进行具体配筋设计。这种设计方法考虑了位移在抗震性能中的重要地位，并且能在设计初始就对设计的结构性能水平进行明确，使设计的结构性能达到目标性能水平。
　　3．桥梁减、隔震设计
　　减、隔震技术是简便、经济、先进的上程抗震手段。减、隔震体系主要理念是通过增大结构振型的周期，使其落在地震能量较少的范围内，或者是增大结构的能量耗散能力，进一步达到减小结构地震反应的目的。在进行抗震设计时，要根据桥梁的结构特点以及场地地震波的频率特性，合理选用相应的减、隔震装置，根据相应参数采取设置方案，对结构的受力和变形进行合理分配。一方面，设计中应采取措施提高吸收能量能力，增大阻尼和分散地震力，不可过分追求加长周期。另一方面，应选用作用饥构简单的减、隔震体系，并在其力学性能明确的范雨内使用。虽然桥梁结构经过减、隔震设计，但依然要进行抗震能力分析验算，直到满足要求为止。
　　三、桥梁的抗震措施
　　1．桥梁选址
　　桥址应选择地质好、承载力高、地势平坦的地方。但实际情况中有时难以实现。一是高速公路的桥梁桥位取决于路线的走向和位置，根据节约用地的原则．路线尽量少占良田，故桥位多在山坡、河谷走廊、河道、峡谷等处。二是路线穿越山区、丘陵地带或软土地区时，地形复杂、或地质不良。
　　2．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。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。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，合理布孔．使桥墩、桥台避开地震时町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，加大基础底面积、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。换士或采用砂桩也是一种常用的方法。
　　3．桥墩处理
　　特别是对于震区的桥墩，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。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。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。
　　4．简支梁
　　梁端至墩、台帽或盖粱的边缘的距离小于粱跨径的百分之一与50cm的和。吊粱与悬臂梁之间的搭接长度不小于60cm。桥台胸墙应当加强，并在梁与梁之间和梁与桥台胸墙之间加装橡胶垫或其它弹性衬垫，以缓和冲击作用和限制梁的纵向位移。有的也可以采用防震锚栓。并且在桥墩两侧设置挡块，防止桥梁横向位移过大及落梁现象。对于陡峻的高山、河岸．地震时常发生滑坡现象。为了保护桥梁．要及早排除这些隐患，采用护坡、排水等措施加以防护。
　　结语：
　　目前，桥梁抗震设计的方法非常多，每种方法也都有自己的优缺点，其中大部分都是基于计算机程序化计算。在现行的工程实践中，应根据桥梁不同的结构形式和设计要求选择合理的抗震设计方法。在我国的高速公路和铁路建设中，桥梁结构的抗震问题应始终贯穿到设计、施工、维修养护及灾后修复的整个过程，以保证桥梁的安全性。
　　参考文献：
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