桥梁工程抗震设计相关问题探讨张立永
发表时间：2018-07-16T11:44:59.540Z 来源：《基层建设》2018年第16期作者：张立永
[导读] 摘要：加强对桥梁震害及抗震机理的深入研究，制定合理的抗震设防原则，采取科学有效的抗震设防措施，严格控制工程施工质量，将能有效的减少地震中的桥梁病害，对确保交通运输线的畅通发挥重要作用。
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摘要：加强对桥梁震害及抗震机理的深入研究，制定合理的抗震设防原则，采取科学有效的抗震设防措施，严格控制工程施工质量，将能有效的减少地震中的桥梁病害，对确保交通运输线的畅通发挥重要作用。本文在分析桥梁结构地震破坏的主要形式基础上，阐述了桥梁抗震设计原则，最后对桥梁抗震设计方法进行分析，重点探讨了桥梁抗震概念设计、桥梁延性抗震设计、地震响应分析及设计方法的改变以及多阶段设计方法等内容。对于桥梁工程抗震设计具有一定的借鉴和指导意义。
关键词：桥梁工程；地震破坏；抗震设计
我国是世界地震多发国家之一，具有频度高、强度大、分布广的特点。公路桥梁作为典型的线状工程，地震易损性较高。因此，需要对桥梁震害进行认真的分析，从桥梁震害中吸取经验和教训，推动桥梁抗震设计理论、方法和抗震措施不断发展及进步。
1 桥梁结构地震破坏的主要形式
1.1 弯曲破坏
桥梁结构在水平地震荷载作用下由于过大的变形导致混凝土保护层脱落、钢筋拉屈、钢筋压屈和内部混凝土压碎、崩裂，致使结构失去承载能力。整个过程可以用以下四个阶段来描述：①当弯矩达到开裂强度时，截面出现水平弯曲裂缝；②随着裂缝的发展和荷载强度的提高，受拉侧的纵筋达到屈服强度；③随着变形量的增大，混凝土保护层脱落、塑性铰范围扩大；④钢筋压屈（或拉断）和内部混凝土压碎、崩裂。
1.2 剪切破坏（弯剪破坏）
在水平地震荷载作用下，当桥梁结构受到的剪切力超过截面剪切强度时将发生剪切破坏，整个破坏过程可以用以下四个阶段来描述：①截面弯矩达到开裂强度时，截面出现水平弯曲裂缝；②随着裂缝的发展和荷载强度的提高，梁内出现斜方向的剪切裂缝；③局部剪切裂缝增大，箍筋屈服导致剪切裂缝进一步增长；④发生脆性的剪切破坏。
1.3 落梁破坏
当梁体的水平位移超过梁端支撑长度时发生落梁破坏。落梁破坏是由于梁与桥墩（台）的相对位移过大，支座丧失约束能力后引起的一种破坏形式。发生在桥墩之间地震相对位移过大、梁的支撑长度不够、支座破坏、梁间地震碰撞等情况。
1.4 支座损伤
上部结构的地震惯性力通过支座传递给下部结构，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下部结构，避免桥梁下部结构发生破坏。
2 桥梁抗震设计原则
1）场地的选择。选择建筑场地时，应根据工程需要和地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料，对抗震有利、一般、不利和危险地段做出综合评价。对不利地段，应提出避开要求；当无法避开时应采取有效的措施。例如，选择持力层岩石较为坚硬完整、承载力高的地方，以免发生地震时因为地基松软导致桥梁结构抗震失效。
2）体系整体性和规则性的重视。不管是在平面上还是在立面上，结构的布置均需要使用科学的几何尺寸，避免突然的变化。桥梁的上部结构应尽可能是连续的，从而保证桥梁良好的整体性。较好的整体性是结构发挥空间作用的基本条件，同时它也可以有效地防止结构构件及非结构构件在地震时被震散掉落；
3）增强结构与构件的延性和强度。桥梁的抗震设计主要是控制从地基传入到结构内部的能量为最小值。由于桥梁地震破坏的原因主要是桥梁结构的震动，因此在不改变桥梁的刚度以及重量的前提条件下，提高结构总体的延性以及强度是桥梁抗震的两个比较有效的途径。刚度能够有效的控制结构变形，延性以及强度是两个抗震的关键指标。只重视强度而忽视延性绝对不是良好的抗震设计，因为地震震动可造成结构和构件周期反复变形，使其刚度与强度逐渐退化；
4）严格遵循能力设计原则。在我国以前的建筑抗震设计中，普遍采用“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”的设计思想。强度安全度差异是能力设计思想特别强调的，即在不同破坏模式（延性破坏和脆性破坏模式）和不同构件（能力保护构件――不适宜发生非弹性变形构件的统称和延性构件）之间确立不同的强度安全度。通过强度安全度差异，确保在大地震下，结构不发生脆性的破坏模式，而是以延性形式反应。
3 桥梁抗震设计方法相关问题
3.1 桥梁抗震概念设计
抗震概念设计是指根据地震灾害和工程经验等获得的基本设计原则和设计思想，正确地解决结构总体方案、材料使用和细部构造，以达到合理抗震设计的目的。合理抗震设计要求设计出来的结构在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合，使结构能够经济地实现抗震设防的目标。应当指出，强调概念设计重要，并非不重视数值计算，而是为了给抗震计算创造出有利条件，使计算分析结果更能反映地震时结构的实际情况。桥梁抗震概念设计阶段的主要任务是选择良好的抗震结构体系，主要根据桥梁结构抗震设计的一般要求进行。对于采用延性抗震概念设计的桥梁，还包括延性类型选择和塑性耗能机制选择。
3.2 桥梁延性抗震设计
目前延性抗震验算所采用的破坏准则主要有：强度破坏准则、变形破坏准则、能量破坏准则、基于低周疲劳特征的破坏准则以及用最大变形和滞回耗能来表达的双重指标破坏准则等。Housner在对悬臂式单质点系统的非线性地震反应进行分析后，将其破坏机理总结为：在形成完全的塑性反应之前，出现某种程度的塑性应变，由此而消耗的能量自然的构成结构等效粘滞阻尼的一部分；当完全进入塑性变形后，产生塑性漂移，并在单方向发展直到倒塌发生。他认为塑性反应阶段保证结构不破坏的条件是让其保有足够的耗能能力。
3.3 地震响应分析及设计方法的改变
从组成结构抗震设计理论的四个方面内容（输入地震动、结构和构件的动力模型、一实用的地震反应分析方法、以及设计原则）来