摘 要：橋梁建設(shè)不能忽視地震作用。分析了連續(xù)梁橋震害的原因及其表現(xiàn)，討論了橋梁彈塑性地震響應(yīng)的主要分析手段和延性抗震設(shè)計(jì)方法。指出抗震設(shè)計(jì)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，并給出了規(guī)范修改建議。

關(guān)鍵詞：橋梁震害；抗震設(shè)計(jì)；梁橋

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.102

0 引言

按照世界地震分布來(lái)看，我國(guó)絕大部分地方都處在多震區(qū)，近年以來(lái)，隨著我國(guó)橋梁技術(shù)水平的提高，已經(jīng)能設(shè)計(jì)出各種各樣的橋梁型式。當(dāng)?shù)卣饋?lái)臨時(shí)，各種橋梁能否抵抗住在地震水平力與豎向力，減輕地震作用下的經(jīng)濟(jì)損失，特別是最大限度避免人員傷亡，成為工程界關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。

為設(shè)計(jì)既經(jīng)濟(jì)又不過(guò)保守，需要對(duì)橋梁設(shè)計(jì)理念與加固措施技術(shù)形式梳理，對(duì)地震中已經(jīng)發(fā)生的橋梁失效及破壞進(jìn)行系統(tǒng)地研究和分類，進(jìn)行震害調(diào)查分析，為橋梁抗震設(shè)計(jì)提出有益建議。

1 常見(jiàn)橋梁震害及成因分析

地震對(duì)橋梁產(chǎn)生危害機(jī)理的比較復(fù)雜，通過(guò)地震產(chǎn)生后的現(xiàn)狀分析，得出合理抗震設(shè)計(jì)方法。通過(guò)汶川等一系列震后的破壞情況，可以歸納成一下幾個(gè)方面。

（1）支撐連接部件（支座）震害。在地震來(lái)臨時(shí)，支座作為支撐連接部件，基本不會(huì)破壞，如阪神地震中，調(diào)查支座損壞的情況時(shí)，發(fā)現(xiàn)損壞比例達(dá)到調(diào)查總數(shù)的28%，當(dāng)支座發(fā)生破壞后。受力傳遞方式會(huì)發(fā)生改變，整個(gè)橋梁的受力也應(yīng)此而改變，直接影響到其他部位。橋梁支座破壞形式一般是支座發(fā)生位移；錨固螺栓拔出、剪斷；活動(dòng)支座脫落等。

（2）上部結(jié)構(gòu)移位震害。上部結(jié)構(gòu)移位震害即橋梁上部結(jié)構(gòu)的縱向、橫向、及扭轉(zhuǎn)發(fā)生的移位造成的震害。橋梁伸縮縫一般來(lái)說(shuō)的是容易發(fā)生損壞。這種損壞形式一般為梁間開(kāi)脫、錯(cuò)位、或頂撞；還有一種表現(xiàn)形式位移過(guò)大導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)超出了墩、臺(tái)的接觸面使落梁。資料表明，橋梁順橋向的落梁破壞遠(yuǎn)大于橫橋向，它約占全部落梁總數(shù)的80%-90%[1]。順橋向落梁時(shí)，梁端下墜，梁撞擊橋墩，由于梁自重一般很大，所產(chǎn)生的沖擊力對(duì)下部結(jié)構(gòu)造成的破壞很嚴(yán)重，與落梁的沖擊力與梁在墩頂振動(dòng)時(shí)相比，幾百倍的差距。如汶川地震時(shí)就發(fā)現(xiàn)了落梁沖撞橋墩而使墩身傾斜的現(xiàn)象。橋梁上部結(jié)構(gòu)損壞大部分是碰撞、落梁同時(shí)發(fā)生。當(dāng)年的汶川地震中，新文坪大橋就是這種破壞。

（3）下部結(jié)構(gòu)震害。橋梁基礎(chǔ)與下部結(jié)構(gòu)的破壞直接導(dǎo)致橋梁整體倒塌，并在震后難以對(duì)橋梁進(jìn)行修復(fù)。橋梁墩臺(tái)和基礎(chǔ)的震害是由于受到較大的水平力，瞬時(shí)反復(fù)振動(dòng)在相對(duì)薄弱的截面產(chǎn)生破壞而引起。根據(jù)大量震害實(shí)例[2]，長(zhǎng)細(xì)比相對(duì)較大柔性橋墩所產(chǎn)生的破壞，多為彎曲破壞，也就是延性破壞，現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)為：混凝土的鋼筋裸露壓潰、開(kāi)裂、與壓彎等，并伴隨塑性變形。塑性變形破壞主要是由于橋墩縱向鋼筋搭接或焊接不牢、約束箍筋配設(shè)不足等引起墩的延性不足；長(zhǎng)細(xì)比較小的橋墩的破壞大部分為剪切破壞，即脆性破壞，表現(xiàn)為：鋼筋切斷、混凝提斜破壞，混凝土大裂縫等。這種破壞主要是由于墩柱剪切強(qiáng)度不足引起。橋臺(tái)的震害除地基承載力失效（如砂土液化、邊坡滑移等）引發(fā)的橋臺(tái)滑移、傾覆外，還有橋梁上部結(jié)構(gòu)發(fā)生的頂撞破壞。橋梁的基礎(chǔ)破壞也會(huì)發(fā)生，主要是由于場(chǎng)地土不均勻沉陷、土的液化導(dǎo)致的傾覆，或者因?yàn)闃蛄荷喜拷Y(jié)構(gòu)下落產(chǎn)生的慣性力引起的樁基彎曲、剪切破壞等。因?yàn)榛A(chǔ)的隱蔽性，震后破壞不易發(fā)現(xiàn)，往往通過(guò)上部結(jié)構(gòu)的震害體現(xiàn)出來(lái)，而且修復(fù)比較困難。

2 連續(xù)梁橋抗震設(shè)計(jì)建議

（1）抗震響應(yīng)因素的影響分析。1）墩柱越高，墩底應(yīng)力越大，墩頂?shù)臋M向位移和梁底的相對(duì)位移越大；2）隨著跨徑增大，梁的跨中彎矩和固定墩墩底彎矩先減小后增大，梁位于支座截面負(fù)彎矩逐漸增大，梁支座處的剪力先增大后減小，縱向位移逐漸增大；3）橋墩高度的變化直接影響梁端位移、梁體應(yīng)力和墩底內(nèi)力，適當(dāng)?shù)馗淖兒驼{(diào)整墩高和跨徑，可以有效提高結(jié)構(gòu)的抗震性能；4）隨著橋梁跨數(shù)量的增加，梁底和墩頂?shù)南鄬?duì)位移增加，墩底豎向的剪力和彎矩增大；5）隨著橋墩剛度的增大，梁底和墩頂?shù)南鄬?duì)位移先適度減小然后反彈，梁和墩的內(nèi)力增大。因此，減小墩柱的剛度是橋梁結(jié)構(gòu)有效的隔振設(shè)計(jì)方法；6）橫向約束減少，梁和墩的內(nèi)力變小，對(duì)位移影響不明顯。

（2）抗震設(shè)計(jì)建議。1）橋梁工程設(shè)計(jì)分為多個(gè)階段，在不同設(shè)計(jì)階段有不同設(shè)計(jì)理念，工程可行性階段的抗震設(shè)計(jì)一般以意向設(shè)計(jì)為主要導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)和驗(yàn)算為輔；在初設(shè)設(shè)計(jì)階段時(shí)，橋梁的抗震設(shè)計(jì)按照體系設(shè)計(jì)為主線，結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)為輔；最后正式施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，抗震設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求，通過(guò)計(jì)算，以構(gòu)造設(shè)計(jì)為主。橋梁的抗震計(jì)算一般是通過(guò)有限元模擬計(jì)算，橋梁結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計(jì)和抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)相比較，后者更為重要；2）通過(guò)工可階段中橋梁抗震概念設(shè)計(jì)來(lái)選擇橋型、橋位。特別是對(duì)選址的選擇，應(yīng)避免地質(zhì)環(huán)境在地震時(shí)對(duì)橋梁的二次破壞。橋梁基礎(chǔ)應(yīng)選擇在強(qiáng)度較高的基巖上；3）對(duì)大、特大橋梁要進(jìn)行地震來(lái)臨時(shí)的安全性評(píng)價(jià)，特別大跨度橋梁和地理位置特殊的橋梁，還應(yīng)該在規(guī)范要求上提高抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。如將設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期由50年提高到100年，超越概率水平不變，而重現(xiàn)期約提高一倍；4）結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法已從傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論向延性抗震理論過(guò)渡，目前所有的橋梁設(shè)計(jì)中，橋墩及基礎(chǔ)都將采用延性方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種是一種變“抗震”為“減隔震” 設(shè)計(jì)方法。因此，如何處理?yè)p傷和塑性變形能力之間的矛盾，將成為延性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵；5）間隔震的設(shè)計(jì)方法，是一種既經(jīng)濟(jì)又可靠的抗震措施。間隔震措施（基礎(chǔ)隔振和阻尼耗能技術(shù)）使結(jié)構(gòu)不受損傷或損傷減小。上部結(jié)構(gòu)要加強(qiáng)防落梁措施設(shè)計(jì)；下部構(gòu)造要重視一聯(lián)中矮墩的設(shè)計(jì)；特別是結(jié)構(gòu)剛度突變處（如樁基與墩臺(tái)間等）的構(gòu)造設(shè)計(jì)。

3 結(jié)語(yǔ)

中小跨徑橋梁以板式橡膠支座居多，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)允許橋梁支座軸線發(fā)生破壞。支座發(fā)生破壞的過(guò)程就是一個(gè)耗能的過(guò)程，破壞后，通過(guò)墩柱傳遞到橋梁上部結(jié)構(gòu)的慣性力將大大減小，這是有益于抗震的。

公路橋梁的抗震設(shè)防目標(biāo)為“小震不壞、中震可修、大震不倒”，此設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)太過(guò)籠統(tǒng)?？梢越ㄗh：應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不同構(gòu)件、在不同水準(zhǔn)地震作用下制定不同的設(shè)計(jì)目標(biāo)，明確不同水準(zhǔn)的地震作用下樁基礎(chǔ)、承臺(tái)、蓋梁、橋梁墩臺(tái)、支座、擋塊等主要構(gòu)件的強(qiáng)度和延性指標(biāo)，以便設(shè)計(jì)人員更好參考和掌握。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊寬厚.城市橋梁抗震性能評(píng)估及加固方法研究[D].北京建筑工程學(xué)院，2012.

[2]徐國(guó)峰.高烈度區(qū)連續(xù)梁橋抗震設(shè)計(jì)初步研究[D].重慶交通大學(xué)，2009.

作者簡(jiǎn)介：黃躍（1987-），女，碩士研究生，主要從事土木工程設(shè)計(jì)與管理。