桥梁抗震设计要点和减隔震技术的应用

桥梁抗震设计要点和减隔震技术的应用

摘要：桥梁工程是我国十分重要的基础设施，是有效连接区域交通的生命线，在发生地震灾害的情况下，容易出现桥梁结构倒塌等现象，引发一系列次生灾害，带来较大经济损失。而较多安全事故都是由于桥梁抗震设计不当造成，因此要不断改善桥梁抗震设计方案，明确抗震设计要点，推出新的减隔震技术，更好应对各类地震，从而有效保证桥梁的安全可靠性。基于此，本文主要针对桥梁不同位置震害进行了分析，并结合实际工程案例，探讨桥梁抗震设计要点，提出减隔震技术应用措施，以期为相关人员提供有效参考。

关键词：桥梁工程；抗震设计要点；减隔震技术；应用

桥梁为我国交通提供较多便利，有效改善了人们的日常出行条件，但是逐渐凸显出安全问题。我国部分地区地震活动频繁，对桥梁安全带来较大影响，严重威胁人民的生命财产安全。因此，人们不断加大桥梁抗震性能的研究，合理应用减隔震技术，提高桥梁结构抗震性能，最大程度降低地震对桥梁安全的影响程度，保障人们的生命安全。

1桥梁不同位置震害分析

1.1上部结构震害

桥梁上部结构主要包含桥面和承载结构、支座，在出现地震灾害的情况下，当桥梁结构受到的地震动超过了设防地震动，就会对桥梁产生不同程度的影响。桥梁上部结构自身出现震撼的现象较少，主要表面形式为局部屈曲破坏、连接位置破坏等，尤其是移位震害较为常见。大多数桥梁上、下部结构属于柔性连接，在强震影响下，上部结构经常出现横向、纵向位移。当位移较小的情况下，在地震灾害之后能够恢复到原位，但是位移大时，超过有效支撑宽度，容易出现落梁现象，并可能产生二次伤害[1]。当落梁时碰撞到下部结构，对灾后救援工作产生较大影响，并增加桥梁修复工作难度。 碰撞震害十分常见，如相邻跨梁碰撞、桥梁间碰撞、梁体和桥台碰撞等，甚至出现倒塌现象。另外，桥梁上部结构在地震的作用下产生的力会借助支座传递到下部结构，当作用力较大的情况下，对支座产生一定损坏，形成支座震害，主要形式为脱落、位移、构造损坏、锚固螺栓损坏等。

1.2下部结构震害

桥梁下部结构主要包含桥墩、桥台、基础部分。当桥梁墩台出现损坏的情况下，增加桥梁倒塌的可能性，并在较短时间内难以修复，产生较大经济损失。如，钢筋混凝土桥墩在较强的地震作用力下，容易出现弯曲破坏、剪切破坏。弯曲破坏属于延性破坏形式，结构通常具有较好的变形能力。弯曲强度小于剪切强度，通过结构抗弯性能控制。通过研究分析，发现约束箍筋配置不足、纵向钢筋连接不牢固等问题均会降低延性变形能力，产生弯曲破坏。

剪切破坏属于一种脆性破坏形式，当剪切强度小于弯曲强度的情况下，通过剪切性能控制。出现剪切破坏主要由于箍筋配置不足、纵向钢筋切断较早，带来的后果更加严重，不易耗散地震能量，较为突然，震后修复难度较大，从而需要相关人员在桥梁设计过程中增强结构设计，最大程度减少脆性破坏发生的可能性。

框架墩属于常见的桥墩形式之一，结合以往的实践经验，发现框架墩震害主要包含盖梁、墩柱和节点破坏，其中盖梁破坏主要由于钢筋锚固长度不足、负弯矩钢筋较早截断而产生。另外，桥台震害较为常见，主要包含桥台倾斜、台身和梁体碰撞破坏等，而桥梁基础震害主要体现在地基失效，特别是在软弱土层，应用状结构能够提高软土地区桥梁的抗震能力，但是依然存在桩基弯曲、剪切等破坏。

2工程概况

某桥梁工程，原设计荷载为汽车20级，挂车-100，但是转变为市政功能道路之后，设计荷载小于实际荷载，安全风险隐患较多。工作人员综合评定相关技术，单个部件控制为C类桥梁，当前宽度为26.3m，市政化改造后为60.2m。桥梁投入使用后经常出现交通拥堵现象，但是受到防洪需求、桥梁跨径限制，无法对其实行两侧扩建，同时该地区地震活动频繁，对桥梁抗震性能要求较高。因此，设计人员要明确分析桥梁抗震设计要点，合理选用减隔震技术，提高整个桥梁的抗震性能，保证其安全性和耐久性。

我国现行的《城市桥梁抗震设计规范》GJJ166-2011，按E1、E2地震进行两阶段设计。结合桥梁上部结构形式、所处道路等级抗震设防划分为4类（如表1所示）。

表1：城市桥梁抗震设防分类

桥梁抗震设防分类 桥梁类型

甲 悬索桥、斜拉桥、大跨度拱桥

乙 除了甲类桥梁之外的交通网络中枢纽位置的桥梁、城市快速路上的桥梁

丙 城市主干路、轨道交通桥梁

丁 除了甲、乙、丙类桥梁之外的其他桥梁

3桥梁抗震设计要点分析

3.1计算精确度设计

桥梁施工过程中，抗震结构设计具有十分重要的作用，需要设计人员对其进行准确计算和综合分析，控制桥梁结构刚度在允许范围内，并且分析桥梁地质条件和地貌环境，保证抗震结构设计的合理规范性，确保桥梁地基承载力、沉降数值等符合工程施工要求[2]。

3.2增强部件间连接 桥梁抗震结构设计中，设计人员分析当地地理位置，提高不同部件之间的连接效果，进行准确计算和规范调整，增强桥梁结构整体安全稳定性。另外，设计人员综合考量工程所在地的地质环境、自然灾害，提高抗震结构设计水平，当应用降低刚度的措施，需要分析其对桥梁结构的影响，减少对建筑物的破坏。

3.3提高抗震等级

抗震结构设计中，当设计不符合标准要求，容易造成桥梁在投入使用之后发生损坏、裂缝和位移等现象，从而需要设计人员明确桥梁抗震等级，保证抗震能力的合理性，同时全面掌握地震地质构造特征、活动规律，结合现有信息数据分析，合理管控桥梁和施工现场周围环境，预报地震频度、等级变化，提高抗震结构设计效果。另外，设计人员调查分析工程所在地地震活动趋势，保证工程地质构造整体布局合理，减少对工程初期设计的不良影响。

3.4合理设计抗震防线

桥梁结构体系包含多个结构分体，这些分体之间互相作用，共同提高桥梁结构的抗震能力。我国部分地区发生的地震具有较大破坏力，并且具有一定程度的余震，对人们生命财产安全带来较大威胁。因此，设计人员需要合理设计多道抗震防线，防止地震对部分桥梁结构带来的破坏，降低整个桥梁结构体系的抗震性能，避免余震损毁桥梁[3]。

3.5防落梁设计

首先，结合设防地震动大小、墩身高度、结构跨度等，合理设计墩台支撑面宽度，保持桥梁上部结构位移限制在防落梁长度内。

然后，合理安装横向和纵向约束装置，限制梁体移位。如，混凝土挡块应用广泛，在横桥内设置，符合变形需求。墩台顶设置制作垫石，促进其在顺桥向、墩台边缘保持齐平，有效降低梁体坠落高度，提高震后桥梁通行能力。

最后，使桥梁相邻跨动力特性相近，管控相邻桥墩侧向刚度比，促进刚度变化更加平缓，减小碰撞震害、落梁震害发生概率。 3.6防碰撞设计

桥梁出现碰撞震害，可能出现梁体、背墙破坏，增加落梁风险。为了有效防止碰撞震害的发生，可以适当增加设计间距。在复杂作用力下，适当增加间距的作用可能较小，难免出现梁体和桥台等部位碰撞，从而可以合理布置缓冲装置，预防或者缓解撞击。

3.7防支座破坏设计

较多桥梁设计板式橡胶支座，直接布置到支座垫石上，之后将主梁落到支座上，但是三者之间缺乏有效连接，水平抗力主要借助摩擦力。在地震后部分桥梁出现严重的支座脱落、移位问题，需要工作人员合理应用锚固连接措施，确保连接强度，防止支座在地震的作用下过早破坏，最大程度应用构造简单，性能安全可靠的支座，或者应用减隔震支座，完善抗震体系。

4桥梁减隔震技术的应用

减隔震技术是减震、隔震技术的总称，属于被动控制技术的一种，应用较为广泛、技术相对成熟。减震技术主要是在桥梁结构内合理安装特制装置，性能特殊，当出现强震的情况下，能够迅速进入塑性，形成较大阻尼，大量消耗地震能量。隔震技术主要是安装隔震装置，有效隔离开结构和地面运动，减少地震能量进入到结构内。一般情况下，联合应用良种技术，在适宜的位置安装减隔震装置，有效管控结构内部分布，实现阻尼耗能、隔震双重作用，获得良好的减隔震效果，提高桥梁整体抗震性能。我国抗震规范持续更新，桥梁抗震逐渐从单一设防水准发展为两级设防水准，而减隔震技术的应用范围更加广泛。隔震桥梁与非隔震桥梁E2地震响应对比（如表2所示）

表2: 隔震桥梁与非隔震桥梁E2地震响应对比表（顺桥向）

类型 隔震前 隔震后 隔震率

主墩弯矩19466 66128 71% （KN*m）

主墩剪力（KN*m） 1675 7443 78%

4.1桥梁隔震、减震体系

本工程建设中，工作人员进行全方位考虑，详细分析桥梁的周围环境和图纸，并了解工程所在地是否发生过地震，结合当地的实际情况，选择合理的减隔震技术进行建造，同时要选择合理的工程建设路线。针对地理位置和区域问题，考虑桥梁建设效果，选择最佳地点，不能由于突发状况，造成施工路线转变、桥梁结构出现偏差等现象，这样对震后桥梁修复工作带来便利的条件。

减震技术通过缓冲有效降低地震对桥梁的损坏，在施工中安装耗能器，普遍选择金属和摩擦类型，减小桥梁的震动，对桥梁建设具有较好的缓冲效果，避免桥梁在地震作用下、或者承受力较大的情况下出现损害。

4.2规范施工过程

减隔震技术在实际应用中，工作人员更多注意桥梁质量控制是否严格，操作是否合理规范，同时在施工工作开展前，和其他部门有效沟通和协调，综合考虑各项环境因素，确保工程安全顺利施工。混凝土是桥梁施工中常用的材料，需要规范施工流程，明确混凝土搅拌时间和顺序，及时发现施工问题，并改正修补，防止出现返工现象，并对桥梁进行保养防护，提高整个桥梁的抗震性能[4]。

4.3强化施工技术

桥梁工程建设消耗较多人力、财力和物力，需要合理应用减隔震技术，发挥技术优势和应用价值，提高桥梁抗震施工效果。工作人员应用减隔震技术的过程中，结合实际情况和建设要求进行施工，对桥梁具有较好的缓冲作用，并培养更多技术人才，为减隔震技术的应用提供有力的人才保障，确保各项工作开展的合理规范性。 4.4监控施工全过程

减隔震技术在桥梁结构设计中应用，需要做好监督管理工作，对桥梁整个施工过程进行全方位控制和检查，并采用科学合理的措施，掌握工程施工进度和状况，及时发现并处理桥梁施工中存在问题，保障桥梁建造安全。桥梁施工中会受到多种因素的影响，出现变形和损坏现象，需要操作人员在施工测量中，减少误差，并采用相关措施，检测实验，尽可能将最终的结果调整到精确度要求，减少施工中桥梁技术的误差，从而发挥减隔震技术的最大应用价值[5]。

结语：桥梁抗震设计是桥梁设计中十分关键的一环，在工程实践中需要工作人员高度重视桥梁抗震设计，详细分析抗震设计要点，做好各项抗震设计工作，并结合工程状况，合理选择减隔震技术，提高桥梁建设质量，降低地震对桥梁的危害。

参考文献：

[1]魏周博. 桥梁抗震设计要点和减隔震技术的应用[J]. 砖瓦,2021(8):111-112.

[2]胡迎新. 桥梁抗震设计要点及减隔震技术的应用分析[J]. 运输经理世界,2022(26):92-94.

[3]叶建国,刘国,付迎春. 桥梁工程设计中隔震设计要点的思考[J]. 建材发展导向（下）,2021,19(3):224-225.

[4]韩颖异. 桥梁抗震设计要点及减隔震技术的应用[J]. 建筑工程技术与设计,2021(19):1174-1174.

[5]汪荣绣,张景君. 桥梁抗震设计要点及减隔震技术的应用[J]. 中国房地产业,2021(23):186-186.