桥梁抗震设计要点探讨
2016-11-28
一、地震给桥梁带来的破坏类型
（一）支座破坏
根据我国对地震灾害中桥梁的调查显示112座桥梁中有53座桥梁约占47%发生了支座破坏，综合国内外十次大地震的调查报告，支座的破坏现象属于普遍现象。支座的地震灾害主要表现为支座倾斜和剪断、自动支座的脱落和支座自身建造组成的破坏。支座垫块被重力压碎，使得桥板不稳定，甚至造成落梁。落梁的发生与支座破坏密切相关，支承破坏使得桥梁上部失去支撑，造成落梁事故。当支座破坏时会使得墩-梁之间产生位移，当墩梁间的相对位移大于主梁搁置长度后，主梁将从桥墩脱落从而使得发生落梁。
（二）梁体移位造成的破坏
上部梁体的移位是震害中常见的破坏，根据地震的震向而发生纵向移位、横向移位以及扭转移位。其中伸缩缝处发生移位成为主要灾害。地震时地势的扭曲，桥梁的梁体移位是绝对的。如果震幅较小不会发生太大的移位，震后将换掉不能正常工作的的支座，把梁体加固后恢复原位，桥梁就还可以正常工作。但是，如果震幅过大，造成较大移位就会导致落梁。所以采取抗震措施减小梁体位移就显得十分重要。就如云南地震时的有些桥梁上部结构没有落梁，发生了比较大的移位。虽然没有出现塌落事故，但是已经成为废桥不再能够正常使用了。
（三）地基与基础破坏
地基与基础的严重破坏是导致桥梁倒塌的重要原因，而且倒塌后基本无法修理。基础与地基的紧密相连，基础的好坏直接影响着地基的稳定程度。基础的破坏势必会引起地基的破坏，使得出现移位、倾斜、下沉、折断和屈曲失稳等现象。扩大基础的震害一般由砂土液化、地基失效的不均匀沉降、土承载力和稳定性较差、地面变形较大等导致地层发生水平滑移、下沉、断裂而造成的基础破坏。常见基础破坏除了上面的原因外，还有上部结构传导下来的惯性力所引起的桩基剪切、弯曲破坏，更有桩基础设计不当所引起的。桥墩在地震中会出现桥墩倾斜、沉降、移位、墩身剪断、开裂，受压缘的混凝土崩坏，钢筋屈曲、裸露，桥墩与基础连接处折断、开裂等现象。
二、桥梁的抗震设计要点
（一）抗震概念设计
地震的发生存在多种偶然的复杂性因素，使得结构计算模型需要的假定结果与实际情况存在较大差异，以致计算机在一定程度上难以预测抗震性能。所以，在桥梁结构抗震设计中，不一定要完全信赖计算，概念设计其实比计算设计更加准确可信。优秀的概念设计使得桥梁结构的抗震性能更加出色。优秀的概念设计需要根据桥梁的功能和结构作出相应的力学分析，设计出独特的防震结构体系。抗震桥梁设计时，应对动力特征进行简单分析和对震力进行预测，找到桥梁结构设计的薄弱部位进行加固；然后对上、下部结构连接部位和过渡孔处连接部位及塑性铰预期部位和桥墩形式的选取、构造设计等进行分析同时作出相应的补救措施，防治桥梁出现坍塌，来保证桥梁结构的经济性、抗震安全性和选择结构体系正确性。最后，应根据分析结果对抗震性能的好坏进行综合性评定，根据分析结果再对设计方案进行不断的修改和完善，力求达到最佳。
（二）延性抗震设计
桥梁的抗震设计，要对预期会出现的塑性铰部位进行配筋设计计算，对其进行加固和防护；同时为保证抗震安全性，对桥梁结构进行分析，直到通过抗震能力检测。考虑多数条件，多种墩高和场地及多种地震烈度的情况，在进行桥墩线弹性最大弯矩比和非线性位移延性比参数的变化规律分析是通过大量数据分析统计和计算得到的，根据随机地震反应理论和动力计算，总结出估算解决桥墩位移延性的方法，降低地震所造成的危害。
（三）桥梁减、隔震设计
进行桥梁减震和隔震设计可以较好地提高桥梁抗震能力，并且具有简便、先进、经济等优点。减隔震支座的设计装置使得结构消耗的能量较少同时增大结构的振型周期，降低了地震时的震波频率，良好的自我复位能力结合了结构特点选取适当的建设方案，建立相应的建造参数，合理有效的使得结构地震的反应程度降低，使地震后桥梁上部结构基本能够恢复到原来的位置，最大程度的减少了桥梁建筑损失程度。
（四）场地的选择
在场地选择的过程中，应该选择有利于桥梁抗震的地势基础。其中有利于抗震的地段主要指一些土壤条件好和比较坚实的地段。不利于桥梁抗震的地段主要是指在地震的过程中可能发生陷落的松软地段以及土壤成因、岩石状态和性质都不明显的地段。
三、公路桥梁的防震措施
（一）防止落梁的措施
主梁的支承长度按照公式：a≥50+L（L是指梁的跨径；L单位为m；a单位为cm）有伸缩缝的相联桥墩在设置主梁限位装置的时候，适当的将主梁的支承长度在伸缩范围内取值稍微偏大一点。依据国内外建设规范以及抗震建筑设计细则，应设置纵向防落梁的安全防卫构造，但是限位装置不能妨碍防落梁构造作用的正常发挥。挡板构造尺寸应该适当偏大，主筋配筋要足，挡块内侧加入减震橡胶块，特别是在斜弯桥设计中应比直线桥具备更多的考虑挡块，内侧不仅应设置橡胶块，还应考虑留有不小于5cm的缝隙，同时桥墩盖梁端部悬出挡块外10cm为宜。
（二）桥台的抗震防护措施
桥台胸墙需要加强，并加大配筋数量，用来缓冲地震的作用力。在各个梁中间和梁与桥台胸墙中间适当设置弹性垫块，选取浅基的桥洞和通道来加强下部的支撑梁板，为防止墩台在地震时滑移，尽量使结构形状保持四铰框架。当桥位位置处于液化土或软土的地基时，使得桥梁中线与河流保持正交形状，并适当增加架桥距离，才能保证桥梁的安全质量。当桥台处于路堤较高的高度时，这样的情况就应该首先选择在地形平坦、横坡较缓的地段通过，来保证桥台的稳定。桥台高度的降低是稳定的前提，然后再将台身掩埋在路堤土方内，保证填土的密实度。基础的建设应尽量采取整体性强的T形、U形或箱形桥台，来保证地基的稳定强度。为防止砂土在地震时液化，桥台背部的每一层都需要非透水性的填料进行夯实，并且要加强防水设施的建设。
（三）桥墩抗震保护措施
桥梁抗震设计中利用桥墩的延性减震的方法是现在最实用的方法。高位桥墩应该采用钢筋混凝土的建筑结构，同时加强空心截面，加大桥桩和桥柱的半径。在桥墩塑性铰位置和挨着承台下桩基的范围区域内加强箍筋数量的配置，墩柱之间的箍筋距离与延性有着重要关系，距离越大延性越小，相对的间距越小延性越大。桥墩的高度相差过大时高度低的墩将延性较差最先受到严重的破坏。现有的绝大多数桥梁建筑中的结构都是钢筋混凝土结构，虽然钢筋混凝土结构具有优秀的抗震性能，但是如果设计不合理，钢筋混凝土结构在地震的作用下就会造成巨大的破坏。所以，通过一些抗震的措施来保证结构具有抗震所需的延性，抗震能力十分重要，这种做法也是为了在大强度的地震中保证桥台建筑物的结构不被改变和破坏，从而实现建筑抗震设计这一目标，使建筑物结构的完整与安全得到有效地保障。桥梁工程的抗震设计对整个桥梁质量安全有着重要的意义。
四、结束语
近些年来，国内外地震灾害频繁发生，给人类生存带来了极大的威胁。随着科技的发展，我国在抗震措施方面有了较大的突破。在公路桥梁设计上对抗震建设的重视，保证了人民财产的安全和公路桥梁设施的完整，避免了公路桥梁结构受到地震灾害的毁灭。主要阐述了我国公路桥梁的主要震害，对公路桥梁设计与抗震措施进行了简单的分析和指导。
