李朋

摘要：隨著城市交通的發(fā)展，城市橋梁的數(shù)量也逐漸增加，由于抗震設計的不足，城市橋梁在地震發(fā)生時會造成不同程度的破壞，嚴重時甚至造成橋梁的坍塌，嚴重威脅市民的人身和財產(chǎn)安全。因此，對于城市橋梁抗震設計中問題的分析，是具有重要意義的。

關鍵詞：城市橋梁；抗震設計

隨著市政基礎設施建設力度加大，城市橋梁在我國發(fā)展迅速，主要形式為城市立交橋和城市高架橋。但是，城市橋梁由于抗震設計的不足等因素，橋梁在地震中的抗破壞能力有限。一旦發(fā)生地震，將會受到嚴重的破壞，造成嚴重的經(jīng)濟損失，甚至嚴重造成人員傷亡。2008年的汶川地震，僅綿竹市內(nèi)橋梁中有6.82%的完全毀壞，26.14%的橋梁嚴重破壞，27.27%的橋梁中等破壞，31.82%的橋梁輕微破壞，僅有7.95%的橋梁基本完好。由此可見，如果城市橋梁設計中存在問題，將會在地震中不堪一擊。

一、城市橋梁地震受害的類型

隨著城市橋梁在地震中各個部分受到的破壞可能是相互獨立的，也可能是相互聯(lián)系的。這些破壞往往難以修復，會造成嚴重的經(jīng)濟損失，甚至會給人身安全帶來威脅。

（一）橋臺的震害

在地震發(fā)生時，橋臺的震害較為常見。除了樁基被剪切破壞，地基喪失承載力，如沙土液化等引起的橋臺滑移，臺身與上部結構發(fā)生碰撞引起破壞，以及橋臺向后傾斜。2008年的汶川地震中的橋臺震害，就包括臺身結構破壞和護坡垮塌等。

（二）橋梁墩柱的震害

由于大量震害資料表明，橋梁下部結構中普遍采用的鋼筋混凝土橋墩，其破壞形式主要為彎曲破壞和剪切破壞。彎曲破壞是延性的，表現(xiàn)多為開裂，混凝土剝落壓潰、鋼筋裸露和彎曲等，伴隨彎曲破壞還會發(fā)生很大的塑性變形；橋墩剪切破壞則是脆性的，伴隨著強度和剛度的急劇下降，往往會造成墩柱以上及下部結構的倒塌。所以震區(qū)橋墩的設計原則為“強剪弱彎”，以保證橋梁在受到地震作用時，先反生彎曲破壞，而不發(fā)生剪切破壞。

（三）支座受到地震的破壞

在地震發(fā)生時，上部結構的地震慣性力通過支座傳到下部結構，當傳遞荷載超過支座的設計強度時，支座就會被剪壞。當支座變位超過活動支座容許值時，橋梁傾斜或支座落位，甚至引發(fā)落梁。

（四）主梁受到地震的破壞

主梁在地震中的震害主要為主梁的縱向移位、橫向移位及扭轉移位，如果主梁的移位超出了墩、臺的支承面，則會發(fā)生落梁震害；另外，主梁還可能發(fā)生碰撞震害。

城市橋梁抗震設計必須綜合考慮各個部分的受害特點，并做出相應的有效措施，從而盡量將地震造成的損失降到最小。

二、城市橋梁抗震設計原則

根據(jù)橋梁抗震規(guī)范采用的是三水準抗震設防目標和兩階段設計。簡要地說就是要求橋梁抗震做到“小震不壞、中震可修、大震不倒”。三水準設計的要求是指在第一水準時，結構處于彈性工作階段，因此可以采用線彈性動力理論進行橋梁結構的地震反應分析，以滿足強度要求。在第二水準烈度，即設防基本烈度時，橋梁可能出現(xiàn)一定程度的破壞，但經(jīng)過修理后仍可繼續(xù)使用。從結構受力角度來講，橋梁結構已經(jīng)進入非彈性階段，但結構的彈塑性變形被控制在一定的限度內(nèi)。在第三水準烈度，橋梁結構可以有較大的非彈性變形，但仍應控制在規(guī)定范圍內(nèi)。兩階段設計，第一階段采用第一水準的地震烈度及相關地震動參數(shù)，按彈性理論計算地震作用效應與其他荷載組合，對結構進行承載力和彈性變形驗算；第二階段設計取第三水準的地震動參數(shù)進行橋梁結構薄弱部位的彈塑性層間變形驗算，同時采用相應的構造措施。

針對橋梁震害及抗震設計中的問題，要保證橋梁在地震中達到抗震設計的預期，還應注意以下問題：

（一）選擇合理的橋位

橋梁工程抗震設防的主要對象是構造地震，而構造地震與地質構造密切相關。在發(fā)震斷層及其相鄰地段，地震烈度高，對橋梁的破壞性極大，橋位選擇應盡可能避開。同時還應盡量避開軟弱粘性土層、可液化土層和地層嚴重不均勻的地段以及滑坡、坍塌等不良地質地段，以減輕地震發(fā)生時的次生震害。如必須設置在可液化或松軟土層的河岸地段時，橋長應適當增長，將橋臺置于穩(wěn)定的河岸上，而橋墩基礎要加強。如必須在軟土地基上選用簡支梁或懸臂梁體系（帶有掛孔）時，應在構造上加強防止落梁的措施，墩臺結構應選用整體性好的結構形式，基礎要埋入穩(wěn)定土層內(nèi)。

（二）橋梁整體穩(wěn)定

在城市橋梁的抗震設計中，要著重保持橋梁的整體性。因為具有整體性的橋梁，在地震時以一個整體的形式接受外界驅動力的作用，可以以最大質量接受外界驅動力發(fā)生受迫振動，此時受迫振動的振幅是最小的。從橋梁的幾何線形來講，橋梁最好是直線橋，且各墩高差不大；從橋梁結構布局方面來說，上部結構最好是連續(xù)小跨結構，并在多個橋墩上布置彈性支座，各橋墩的剛度和強度相差不大。也就是說，具有整體性的橋梁抵抗地震沖擊的能力是最強。

（三）提高橋梁延性

城市橋梁的抗震設計中，另一個關鍵的性能就是延性。橋梁延性指的是橋梁抗力始終沒有明顯下降的情況下橋梁結構所能經(jīng)受的反復彈塑性變形循環(huán)的能力。由于地震瞬間爆發(fā)的能量非常大，很多城市橋梁結構的強度都很難抵擋地震波的沖擊，這個時候，良好的延性將使橋梁有較大可能免受地震的破壞。因為盡管地震的影響使橋梁發(fā)生結構的變化，橋體發(fā)生形變會輕微的位移，但是良好的延性能夠保持橋梁完整性，使其發(fā)生形變而不發(fā)生破壞，大大增強了城市橋梁的抗震能力。

三、城市橋梁抗震設計的方法

（一）選取合理的橋梁方案

橋梁的方案階段，就應選取抗震性能較好、整體性強的結構體系，如連續(xù)梁、無鉸拱等。如中國趙州橋，系石拱橋，地處多地震區(qū)，建橋1300多年以來，經(jīng)多次強烈地震，猶屹立未毀。

（二）建立合理的抗震模型

通常在一般情況下應建立橋梁結構的空間動力計算模型進行抗震分析，計算模型應反應實際橋梁結構的動力特性。計算模型應能正確反應橋梁上部結構、下部結構、支座和地基的剛度、質量分布及阻尼特性。通常主梁和墩柱采用空間桿系單元模擬，單元質量采用集中質量代表。

（三）重視橋梁抗震構造措施

橋梁設計的方案階段，就應選取對抗震有利的橋梁形式。上部結構連續(xù)的橋梁，各橋墩高度最好相近。若因地形限制導致相鄰墩高相差較大，設計可以采取不同的橋墩斷面構造方式來調整橋墩的抗推剛度。加強結構塑性鉸區(qū)域、結點區(qū)域等薄弱部位的構造措施，以保證結構的強度和延性。對于抗震設防烈度為7度以上的橋梁，應嚴格遵守相關規(guī)范上的抗震設防措施，確保橋梁抗震構造安全。

（四）靈活運用抗震規(guī)范

《城市橋梁抗震設計規(guī)范》（CJJ166-2011）中規(guī)定，對于城市快速路上的橋梁，應進行E1和E2地震作用下的抗震分析和抗震驗算；對于城市主干道上的橋梁，則只進行E1地震作用下的抗震分析和抗震驗算。規(guī)范條文如此規(guī)定的出發(fā)點，可能是基于橋梁位置重要性。但是，設計人員再作橋梁抗震設計時，不應拘泥于規(guī)范條文，而應結合橋梁所在的道路等級和橋梁結構本身來進行。如果橋梁位于城市主干道，但橋梁跨度較大或結構較復雜，也應同時進行E1和E2地震作用下的抗震分析和抗震驗算。這樣，既滿足了抗震規(guī)范，又能使橋梁的抗震設計更趨合理。

四、結束語

本文總結對城市橋梁受地震發(fā)生破壞的類型和特性，并針對這些類型特定進行分析和總結。并結合新的城市橋梁抗震規(guī)范，而提出了城市橋梁抗震設計的一些原則和方法。

參考文獻：

[1]CJJ 166-2011 城市橋梁抗震設計規(guī)范.

[2]JTG B02-2013 公路工程抗震規(guī)范.

[3]葉愛君 管仲國 橋梁抗震.

[4]范立礎 高架橋梁抗震設計