付明春，李殿平 （大連海洋大學應用技術學院，遼寧 大連 116023）

0 前 言

我國是地震頻發(fā)國家，跨越世界最活躍的兩個地震帶。在地震發(fā)生后的緊急救援、抗震救災以及災后重建中，橋梁作為生命線工程中的關鍵部分，具有舉足輕重的作用。1976年唐山地震，20萬人死亡、16萬人受傷，這次地震使唐山市遭到毀滅性破壞；1999年臺灣集集地震，造成2400多人死亡和1萬多人受傷、5座橋梁倒塌、至少9座橋梁嚴重破壞、7座橋梁受到中等程度破壞；2008年汶川地震，近7萬人死亡、37萬人受傷，造成的損失遠比唐山大地震還要嚴重。汶川地震中道路、橋梁等生命線工程被嚴重破壞，嚴重阻礙了災后救援工作的順暢進行，從而加劇地震災害的嚴重性，造成生命和財產的極大損失，因此橋梁震害和抗震設計方法成為橋梁抗震的重要課題[1]。

1 橋梁震害現(xiàn)象

對國內外震害的調查表明，在過去的地震中有許多橋梁遭受了不同程度的破壞，其主要震害現(xiàn)象有以下幾類。

1.1 落梁破壞

橋梁上部結構一般具有較大的強度，直接發(fā)生破壞的情況在地震時一般出現(xiàn)較少。落梁的原因一般有支座破壞、橋墩之間地震相對位移過大、梁的支撐長度不夠、梁間地震碰撞等。

圖1為1995年日本阪神地震西宮港大橋落梁破壞；圖2為汶川地震中廟子坪大橋發(fā)生落梁破壞。

1.2 橋臺橋墩滑移

對于越過河流的橋梁結構，常在河岸的緩坡處設置橋墩，在坡岸上建造橋臺，當?shù)卣饎拥淖饔幂^大時，橋臺及橋墩會產生沉陷、斷裂或傾斜，甚至是倒塌破壞。由于橋臺的構造特點，在地震作用下，土體自會出現(xiàn)液化和震陷等破壞現(xiàn)象，土體滑移時會給橋臺帶來巨大的推力，造成橋臺破壞。

圖1 阪神地震西宮港大橋落梁破壞圖

圖2 汶川地震中廟子坪大橋發(fā)生落梁

圖3 橋墩剪切破壞（汶川大地震，2008）

圖4 橋墩彎曲破壞（阪神地震，1995）

1.3 支座破壞

當?shù)卣鸢l(fā)生時，支座處會發(fā)生過大的變形和位移。支座構造本身的破壞或支座處錨固螺栓剪斷、拔出等，致使結構受力及傳遞形式發(fā)生改變，從而會造成對其他部位結構的不利影響。

1.4 橋墩剪切破壞

地震時，橋墩的剪切破壞非常常見，使橋梁遭受破壞的重要原因之一。剪切破壞的破壞形態(tài)以斜方向上的剪切裂縫為主。在斜裂縫出現(xiàn)以前,以混凝土為主承受橋墩的抗剪作用,呈現(xiàn)斜裂縫后,橫向約束鋼筋和混凝土共同抗剪。當橫向約束鋼筋含量偏小，地震時就容易發(fā)生橋墩剪切破壞。圖3為汶川地震造成某橋墩頂部出現(xiàn)的剪切破壞。

1.5 橋墩彎曲破壞

當結構的剪切破壞的承載能力大于彎曲承載能力，即抗彎性能在結構承載力中起控制作用時，結構將發(fā)生彎曲破壞。彎曲破壞是延性破壞，一般表現(xiàn)為混凝土嚴重剝落、核心混凝土壓潰、開裂等，并會產生很大的塑性變形，因此這種破壞通?？梢员苊鈽蛄涸诘卣鹬邪l(fā)生倒塌破壞。圖4為1995年阪神地震中的橋墩彎曲破壞。

2 橋梁抗震設計方法與對策

2.1 橋梁抗震設計內容

在橋梁抗震設計方面，其研究內容包括[2]:

①確定地震中預期的延性構件和能力保護構件，選擇地震中延性構件潛在的塑性鉸位置。

②進行多遇地震、設計烈度地震和罕遇地震作用下的地震反應分析。多遇地震作用下的地震反應分析可采用反應譜方法，而設計烈度地震和罕遇地震作用下的地震反應分析應采用非線性時程分析方法。

③根據(jù)箍筋約束混凝土的應力一應變曲線進行橋墩塑性鉸區(qū)域的轉動能力分析，以確定橋墩塑性鉸區(qū)域的容許轉動能力。

④進行多遇地震作用下橋墩強度驗算；設計烈度地震作用下橋梁上部結構和下部結構的連接構件驗算；罕遇地震作用下橋墩塑性鉸區(qū)域的轉動能力驗算。

⑤根據(jù)能力保護原則進行能力保護構件設計，以確保在地震作用下能力保護構件處于彈性分析范圍。

⑥抗震構造細節(jié)設計。

2.2 橋梁抗震設計方法

在對幾次大地震的震害調查和研究總結，并從中吸取經驗教訓后，人們普遍意識到橋梁抗震性能的重要性和意義，對橋梁結構抗震設計方法及理論進行了一系列的研究。

當前橋梁的抗震設計方法主要有：基于強度和基于位移的抗震設計方法。國內外的主要現(xiàn)行規(guī)范一般采用基于強度的抗震設計方法，如我國的鐵路工程抗震設計規(guī)范，歐洲EUROCODES規(guī)范和美國AASHTO規(guī)范均采用基于強度的設計方法，該方法考慮反應修正系數(shù)或綜合影響系數(shù)，用等效靜力法或反應譜法計算地震作用效應，再依據(jù)地震作用效應對結構構件的強度進行設計或檢驗；基于位移的抗震設計方法是時下發(fā)展起來的一種新的抗震設計方法，抗震設計時，主要強調檢驗，加利福尼亞州運輸部在1999年版的最新抗震設計準則中采用了該方法[3]。

近20年來，美國及日本等許多國家先后提出了“小震不壞，中震可修，大震不倒”的分類設防抗震設計思想，目前該設計思想已被廣泛接受。我國目前采用的是三水準抗震設防目標及兩階段設計。

2.3 橋梁抗震設計對策

合理的抗震設計，要求設計出來的結構，在強度、剛度和延性等指標上有最佳的組合，使結構能夠經濟地實現(xiàn)抗震設計的目標。要達到這個要求，就需要設計工程師深入了解對結構地震反應有重要影響的基本因素，并具有豐富的經驗和創(chuàng)造力，而不僅僅只是按規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行。

2.3.1 場地選擇

選擇橋址時，應選擇堅硬的理想場地（基巖、堅實的碎石類地基、硬粘土地基），避開地震時可能發(fā)生地基失效的松軟場地（人工填土、極軟的粘土地基、不穩(wěn)定的坡地）。

2.3.2 體系的整體性和規(guī)則性

橋梁的整體性要好，上部結構應盡可能是連續(xù)的。整體性可防止結構構件及非結構構件在地震時被震散掉落，同時它也是結構發(fā)揮空間作用的基本條件。無論是在平面或立面上，結構的布置都要力求使幾何尺寸、質量和剛度均勻、對稱、規(guī)整，避免突然變化。

2.3.3 加強結構延性抗震設計

加強結構延性抗震設計，可以使結構具有良好的彈塑性變形，則橋梁在遭遇強烈地震時，盡管可能損壞嚴重，但能保證結構抗震設防的最低目標，免于倒塌；在進行抗震設計時，要根據(jù)結構特點和場地地震波的頻率特性，選用合適的減隔震裝置。

2.3.4 能力設計原則

能力設計思想要求在一座橋梁內部建立合理的強度級配，即強調強度安全度差異，在不同構件和不同破壞模式之間確立不同的強度安全度，以確保在大地震作用下，破壞只發(fā)生在可控預定的部位，即結構的反應形式為延性，不出現(xiàn)脆性破壞?！皬娭趿?，強剪弱彎和強節(jié)點弱構件”的設計思想目前在我國被廣泛應用[4]。

2.3.5 多道抗震防線

應盡力使橋梁具有多道抵抗地震側向力的體系，則在強地震動過程中，一道防線破壞后尚有第二道防線可以支承結構，避免倒塌。因此，超靜定結構優(yōu)于同種類型的靜定結構。但相當于建筑結構，橋梁在這方面可利用的余地通常并不大。

3 結 論

針對目前大量橋梁倒塌毀壞的教訓,應該開展抗震支座、各類橋墩的延性設計研究,利用約束混凝土以提高橋梁墩體的延性。結合我國橋梁結構的情況，研究結構控制的有效形式,加強抗震措施,用“以柔克剛”的設計思想對地震區(qū)的橋梁進行設計,改變“以剛克剛”的傳統(tǒng)設防觀點，在橋梁設計過程中更要認真分析結構的地震響應和特性,采取有效的抗震措施以達到結構的防震和抗震效果。

[1] 柳春光.橋梁結構地震響應與抗震性能分析[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[2] 國家標準抗震規(guī)范管理組.建筑抗震設計規(guī)范統(tǒng)一培訓教材[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2002.

[3] 華南理工大學，等范立礎.橋梁抗震[M].上海：同濟大學出版社,1997.

[4] 胡聿賢.地震工程學(第二版)[M].北京：地震出版社,2006.