王誠

摘要：橋梁工程作為交通運(yùn)輸?shù)难屎砑~帶，在我國基礎(chǔ)建設(shè)中的作用巨大。然而我國是相對(duì)多震國家，橋梁的抗震設(shè)計(jì)尤顯重要。本文主要分析了地震對(duì)橋梁的破壞，橋梁抗震設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：橋梁抗震；設(shè)計(jì)原則；設(shè)計(jì)方法

引言：進(jìn)入21世紀(jì)以來，地震越來越頻繁地在世界各地發(fā)生，現(xiàn)代橋梁建筑的抗震性能的設(shè)計(jì)問題也逐漸成為廣大人民群眾所關(guān)注的熱點(diǎn)問題。由于橋梁建筑工程是交通網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵要素，因此橋梁的抗震設(shè)計(jì)的重要性也是不言而喻的。如何提高橋梁的抗震性能成為了當(dāng)代橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的重要課題。

一、地震對(duì)橋梁的破壞

橋梁是交通生命線工程中的重要組成部分，一旦橋梁在地震的時(shí)候發(fā)生坍塌，就會(huì)中斷交通，影響人員疏離和物資運(yùn)輸，將非常不利于地震的救援工作。地震對(duì)橋梁的破壞主要有以下幾種常見的形式：

1、支座損傷

地震會(huì)造成支座的荷載強(qiáng)度過大，超過其承載，從而出現(xiàn)損傷、破壞。由于支座的損傷地震的慣性力便不會(huì)傳到下部結(jié)構(gòu)，就可以避免地震荷載傳到橋墩從而破壞橋梁，同時(shí)支座損傷也會(huì)造成橋梁落梁受到破壞。

2、剪切破壞

當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，橋梁在地震水平倚戟的作用下，橋梁受到的剪切力超過了自身的剪切強(qiáng)度便會(huì)發(fā)生剪切破壞。剪切破壞主要有以下四個(gè)階段：第一，當(dāng)橋梁截面的剪切彎矩超過自身的強(qiáng)度時(shí)，截面便會(huì)出現(xiàn)裂縫；第二，由于地震時(shí)荷載強(qiáng)度越來越高，橋梁柱內(nèi)會(huì)逐漸出現(xiàn)斜方向的剪切裂縫；第三，隨著地震的繼續(xù)發(fā)生，箍筋會(huì)慢慢開始屈服便會(huì)導(dǎo)致剪切裂縫越來越大；最后橋梁便會(huì)因地震而發(fā)生脆性的剪切破壞。

3、彎曲破壞

在地震的荷載的作用下，橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，變形過大導(dǎo)致橋梁混凝土脫落、內(nèi)部混凝土崩裂以及鋼筋屈服的現(xiàn)象的發(fā)生，從而導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)喪失承載能力。彎曲破壞主要有四個(gè)階段：地震造成的水平彎矩超過橋梁自身的開裂強(qiáng)度，便會(huì)產(chǎn)生裂縫；然后隨著地震荷載強(qiáng)度的增加，裂縫慢慢增大；隨后橋梁的變形變得越來越厲害，從而導(dǎo)致橋梁塑性鉸范圍增大以及混凝土保護(hù)層的脫落；最后橋梁出現(xiàn)彎曲破壞。

二、橋梁抗震設(shè)計(jì)的基本原則

1、嚴(yán)格選擇橋梁建設(shè)地點(diǎn)，綜合評(píng)估建設(shè)地安全指數(shù)

一般橋梁建設(shè)第一步就是要選擇橋梁建設(shè)的地點(diǎn)，橋址的選擇主要有以下幾方面：

（1）要參照地震區(qū)劃圖，依據(jù)地震發(fā)生概率和震級(jí)來進(jìn)行初步的判斷和分析，選擇一些不易發(fā)生地震或者在發(fā)生地震的時(shí)候不易受到影響的相對(duì)比較安全的區(qū)域；

（2）要結(jié)合區(qū)域地形地勢(shì)，選擇便于施工，并有利于人員以及財(cái)產(chǎn)在發(fā)生地震災(zāi)害時(shí)疏散和轉(zhuǎn)移的區(qū)域；

（3）要充分考慮區(qū)域地質(zhì)情況，盡量選擇持力層較好的區(qū)域，避免地震時(shí)土質(zhì)松軟導(dǎo)致抗震失效。

2、注重橋梁整體性設(shè)計(jì)，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范要求

一個(gè)良好的整體性橋梁設(shè)計(jì)可以增強(qiáng)橋梁的剛度，在地震發(fā)生時(shí)減少零碎的掉落。在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)的時(shí)候，不管是平面設(shè)計(jì)還是立面設(shè)計(jì)都要盡量遵守基本的科學(xué)規(guī)律，使用科學(xué)的幾何尺寸，橋梁的剛度和材料的使用都必須要符合規(guī)范要求，從而來避免突然發(fā)生一些嚴(yán)重的物理性或者化學(xué)性變化。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，橋梁的上部結(jié)構(gòu)盡可能地采用連續(xù)結(jié)構(gòu)。

3、提高抗震結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的性能

地震之所以會(huì)對(duì)橋梁造成破壞是因?yàn)椋旱卣鹨饦蛄航Y(jié)構(gòu)振動(dòng)，因此，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能少的使地震產(chǎn)生振動(dòng)能量傳到橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部去，同時(shí)抗震結(jié)構(gòu)及構(gòu)建又具有較好的強(qiáng)度、剛度以及延性，便可以有效的防止結(jié)構(gòu)受到的破壞。橋梁抗震結(jié)構(gòu)的剛性可以有效的控制結(jié)構(gòu)的變形，而延性以及強(qiáng)度則決定了抗震結(jié)構(gòu)的抗震能力。由于地震的反復(fù)振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和構(gòu)建的變形，從而減弱結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度以及剛度，因此在進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)該重視結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的延性設(shè)計(jì)。

三、橋梁抗震設(shè)計(jì)方法

1、基于性能的抗震設(shè)計(jì)

這種設(shè)計(jì)方法是指在不同概率地震下，結(jié)構(gòu)的性能能夠達(dá)到一組預(yù)定的目標(biāo)，是抗震設(shè)計(jì)的總體思想。其目的是在強(qiáng)度較大地震后，能夠?qū)⑷说膫銮闆r和財(cái)產(chǎn)的損失控制在所預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)內(nèi)，同時(shí)震后，結(jié)構(gòu)的功能也依然可以繼續(xù)維持。其特點(diǎn)如下。

打破原來以宏觀定性的目標(biāo)為主的局面，逐漸向量化的多重目標(biāo)轉(zhuǎn)化。

抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)不再局限于保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全，而是多目標(biāo)、多層次的來進(jìn)行抗震方面的設(shè)計(jì)，力求最大限度的做到不同風(fēng)險(xiǎn)水平的地震作用下滿足不同的性能目標(biāo)，給人民的安全帶來更大的保障。

2、橋梁減、隔震設(shè)計(jì)

減、隔震技術(shù)是簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)的工程抗震手段。減、隔震裝置是通過增大結(jié)構(gòu)主要振型的周期使其落在地震能量較少的范圍內(nèi)或增大結(jié)構(gòu)的能量耗散能力來達(dá)到減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的目的。在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和場(chǎng)地地震波的頻率特性，通過選用合適的減隔震裝置、相應(yīng)參數(shù)以及設(shè)置方案，合理分配結(jié)構(gòu)的受力和變形。一方面，應(yīng)將重點(diǎn)放在提高吸收能量能力從而增大阻尼和分散地震力上，不可過分追求加長(zhǎng)周期。另一方面，應(yīng)選用作用機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單的減、隔震體系，并在其力學(xué)性能明確的范圍內(nèi)使用。減、隔震設(shè)計(jì)的效果，需要進(jìn)行非線性地震反應(yīng)分析來驗(yàn)證。

3、基于位移的設(shè)計(jì)方法

基本位移的設(shè)計(jì)方法雖然很早就被提了出來，但是直到現(xiàn)在才有所發(fā)展，成為可以應(yīng)用于橋梁抗震上的設(shè)計(jì)方法。它是在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足的基礎(chǔ)上提出的，而導(dǎo)致強(qiáng)度不足的原因是：許多規(guī)范由于經(jīng)濟(jì)等因素的制約，在設(shè)計(jì)地震作用時(shí)，允許結(jié)構(gòu)物質(zhì)發(fā)生可塑性屈服變形，這種情況下，只能改變結(jié)構(gòu)性能的衡量指標(biāo)，從而選擇比較合適的脆性結(jié)構(gòu)或不允許發(fā)生非彈性影響的構(gòu)件。這種設(shè)計(jì)方法將結(jié)構(gòu)的變形和構(gòu)件發(fā)生的變化設(shè)置為變量，最終的設(shè)計(jì)結(jié)果以構(gòu)件的強(qiáng)度為參數(shù)。

4、多階段設(shè)計(jì)方法

為了最大限度上保證人民群眾的生命安全，降低震后的經(jīng)濟(jì)損失，在設(shè)防水準(zhǔn)方面，要不斷地進(jìn)行革新。其中所要考慮到的因素有很多，比如說：地震的產(chǎn)生機(jī)理、地震的特殊性能還有在地震的強(qiáng)力作用下各類結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特征、構(gòu)件能力等。這都需要我們?cè)谘芯恐胁粩嗫偨Y(jié)教訓(xùn)，積累經(jīng)驗(yàn)，改變?cè)瓉淼膯我辉O(shè)防水準(zhǔn)，轉(zhuǎn)為雙水準(zhǔn)或三水準(zhǔn)，原來的一階段設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)為兩階段、三階段，甚至?xí)D(zhuǎn)變?yōu)楦嗟乃疁?zhǔn)，更多的階段。

5、橋梁延性抗震設(shè)計(jì)

目前延性抗震驗(yàn)算所采用的破壞準(zhǔn)則主要有：強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則、變形破壞準(zhǔn)則、能量破壞準(zhǔn)則、基于低周疲勞特征的破壞準(zhǔn)則以及用最大變形和滯回耗能來表達(dá)的雙重指標(biāo)破壞準(zhǔn)則等。Housner在對(duì)懸臂式單質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)的非線性地震反應(yīng)進(jìn)行分析后，將其破壞機(jī)理總結(jié)為：在形成完全的塑性反應(yīng)之前，出現(xiàn)某種程度的塑性應(yīng)變，由此而消耗的能量自然的構(gòu)成結(jié)構(gòu)等效粘滯阻尼的一部分；當(dāng)完全進(jìn)入塑性變形后，產(chǎn)生塑性漂移，并在單方向發(fā)展直到倒塌發(fā)生。他認(rèn)為塑性反應(yīng)階段，保證結(jié)構(gòu)不破壞的條件是讓其保有足夠的耗能能力。

四、結(jié)束語

橋梁工程的抗震設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)人員及其他工作人員的認(rèn)真對(duì)待，它的設(shè)計(jì)體現(xiàn)在各個(gè)階段，是一項(xiàng)重要的系統(tǒng)工程。在橋梁的抗震性能設(shè)計(jì)的過程中，有許多需要注意的地方，只有不斷地進(jìn)行探索和研究，不斷更新發(fā)展橋梁的抗震設(shè)計(jì)技術(shù)，橋梁才能有良好的抗震性能，在地震發(fā)生的時(shí)候，才能保證人們的生命和財(cái)產(chǎn)的安全。

參考文獻(xiàn)

[1]王硯田.橋梁震害分析與抗震設(shè)計(jì)[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2006.

[2]王樾.橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)研究[J].山西建筑，2009，v.3502：310-311.

[3]段獻(xiàn)禮.橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)與設(shè)防措施[J].建設(shè)科技，2009，No.15：103.