桥梁抗震十篇

桥梁抗震篇1

【关键词】桥梁抗震；结构控制；消能减震

我国是一个多地震国家，地震中，桥梁的破坏将导致交通中断，这不但会影响人们的正常生活和经济运行，造成严重的经济损失，而且将严重影响震后救灾工作，使人员不能安全顺利疏散，并阻碍向灾区紧急输送救援人员和救灾物资，从而加剧地震灾害。为了保障公路桥梁设施的完好，就需要在桥梁设计中对桥梁抗震设计有充分的重视。

1 桥梁抗震分析方法

人类对地震的研究也不断地获得进步，特别是近半个多世纪以来，人们对地震的破坏机理已有了深入的认识，并发展了各种抗震分析方法。桥梁结构地震响应分析方法可以分为确定性方法和概率性方法两大类。确定性方法是以确定性的荷载作用于结构，求解该确定性荷载作用下结构动力反应的方法。概率性方法将地震作用视为随机过程，以此随机地震作用于结构，求出结构动力响应统计量。

1.1 确定性抗震分析方法

1.1.1 静力分析法

静力分析是国际上最早形成的抗震分析理论。20 世纪初，日本学者提出水平最大加速度是造成地震破坏的重要因素，并提出按等效静力分析求地震效应的方法。将结构看作刚体，不考虑变形对结构的影响，也不考虑地震作用随时间的变化及其与结构动力特性的关系，结构各质点的水平地震作用最大值为该质点与地面运动加速度的乘积。

在20世纪60年代末又提出了非线形静力Pushover分析方法——推倒分析方法，最近几年来，Pushover法得到了较大的发展，并得到了广泛的应用，分析过程一般需要借助计算机程序完成。其基本假定为:（1）多自由度结构体系的响应与一等效单自由度体系相关，即结构响应主要由第一振型控制。（2）结构物沿高度变形的形状向量，在整个地震反应过程中保持不变。Pushover法是通过对结构施加单调递增荷载来进行分析的一种非线性静力分析方法，它研究结构在地震激励下进入塑性倒塌状态时的非线性性能。该方法通常把相邻伸缩缝之间的结构当作是空间的独立框架考虑，并且假定上部结构在水平面内是相对刚性的。分析的初始阶段是对单独的排架墩在所考虑的方向上（顺桥向或横桥向）进行独立的倒塌分析和整个框架的分析，将桥墩刚度模拟为非线性弹簧，计算出整个框架的初始刚度中心，以及横向刚度、转动刚度和质心处的刚度。在框架质心处，通常是上部结构的质心，施加单调递增的水平力，并且，随着框架非线性发展的程度不断地调整桥墩的刚度和结构刚度，直至结构达到最终极限状态为止。

1.1.2 反应谱法

反应谱分析建立在强震观测基础上，由美国学者M?A?Biot在20世纪40年代提出，到50年代初由Housner实现。将实测地震波代入单自由度动力反应方程，计算出各自最大弹性地震反应，从而得出结构最大地震反应与结构自振周期的关系曲线。由反应谱可计算最大地震作用，再按静力法计算地震反应。反应谱分析虽然考虑了结构的动力特性，但在分析中仍把地震惯性力看作静力，因此只能称为准动力分析。反应谱分析法在地震作用计算方面取得了重大突破，因而在地震工程的发展中具有非常重要的贡献，是目前各国抗震规范中给出的一种主要抗震分析方法。总之，反应谱方法在大跨度桥梁的方案设计阶段，对结构的抗震性能进行粗略的评估还是可行的，但是对于重要结构或大跨度桥梁的地震反应分析则应进行专题研究。

1.1.3 时程分析法

时程分析法是将实际地震动记录或人工生成的地震波作用于结构，直接对结构运动方程进行数值积分而求得结构地震反应的时间历程。只要正确选择地震动主要参数，且所选用的地震波基本符合这些主要参数，时程分析法就可以在一定程度上给出未来地震作用下结构反应。该法对于线性荷载，简谐荷载或用简单解析式表达的荷载激励下线性结构的响应能够得到具有计算机精度的数值。由于地震加速度记录中两个离散时刻之间的加速度值一般假设为线性变化，因此采用精细程积分求解是非常有利的。此方法的主要优点是既可以做线性分析，又可以做弹塑性动态分析，概念明确。其主要缺点是计算结果过渡依赖于所选取的加速度时程曲线，离散性很大。为得到较可靠的计算结果常要计算许多时程样本，并加以统计评论，为此需要进行大量的计算。实际上只对特别重要的大跨度结构才使用该法。

1.2 概论性抗震分析方法

概论性抗震分析方法包括随机振动、虚拟激励法系列。

随机振动法假定地震动在时间和空间上都是随机变化的，采用空间相关函数来描述各点地震动的相关性。此方法是建立在各点地面运动的统计特征基础上，在确定了地震动的自功率谱和互功率谱后，计算出各反应量的统计规律。对于大跨度桥梁结构，在进行抗震分析时应该考虑行波效应、部分相干效应和局部场地效应，传统的抗震方法在分析上遇到了困难，并且计算结果也和实际情况有较大差异。经过几十年来国内外学者的共同努力，随机振动理论取得了丰硕的成果，已成为近代应用力学的一个重要分支。尽管作为其应用核心的线性随机振动基本理论早已成熟，然而这些理论成果在工程领域却远未得到充分应用，其原因是计算的复杂性和效率低下。

2 结构控制技术

结构控制技术是工程抗震研究的热点问题。该技术通过在工程结构的特定部位装设某种装置（如耗能支承等）、或某种子结构（如调频质量TMD等）、或施加外力（外部能量输入），以改变或调整结构特性，确保结构及其附属物的安全。作为目前应用较广泛的一种结构控制技术，减隔震技术利用特制的减震及隔震装置，大量消耗或阻止进入结构体系的能量，达到控制结构内力分布与大小的目的。

桥梁抗震篇2

关键词 桥梁抗震 设计 分析方法 规范

中图分类号：U441 文献标识码：A

0引言

地震是一种发生时间短、波及面广、灾害程度极为严重的自然灾害。我国位于地震易发地带。其中，地震烈度6度及以上的区域面积占我国全部国土面积60%以上，半数左右的城市位于地震烈度7度及以上地区。地震的发生会给社会、家庭、经济造成难以估量的损失。

近年我国灾害性地震频发，2007年6月云南普洱6.4级地震、2008年5月汶川8.0级地震、2010年4月玉树7.1级地震、2013年4月芦山7.0级地震、2014年8月昭通鲁甸6.5级地震，地震多次给人民带来灾难的同时也加强了结构设计人员对桥梁抗震设计的重视，推动了桥梁抗震设计方法的发展及相关规范的逐步完善。桥梁结构作为公路路网中的关键性结点是地震运动作用下容易发生破坏的结构元件，其损坏程度决定了所属路网的通行能力。本文针对如何借助合理的设计理念进行桥梁设计，使其具有足够的抗震能力进行综述。

1桥梁抗震设计规范现状

最新的《公路桥梁抗震设计细则》与《城市桥梁抗震设计规范》摒弃了原《公路工程抗震设计规范》“以刚克刚”的弹性抗震设计思想，借鉴和引入了延性抗震理念及减隔振等“以柔克刚”的概念。在具体操作中，根据桥梁的重要性和在抗震救灾中起的作用，把桥梁进行分类，并对各类桥梁进行复杂程度不同的抗震设计。但现行的桥梁抗震设计规范在抗震设防标准、隔震周期及墩柱抗剪强度等方面阐述较为笼统，使工程师在采用规范进行设计时常常会产生一些困惑，如非规则桥梁自振频率计算的方式、地震环境中多维作用下的构件受力特性的仿真模拟等。

2 规则桥梁抗震设计方法

简支梁与连续梁桥在公路桥梁中应用最为广泛，多为钢筋砼或预应力砼结构。历史上严重桥梁震害调查显示：结构震害多发生于下部结构处，而桥梁上部结构自身很少发生严重的破坏现象。通常，将梁体处理成2节点空间梁单元或板单元，真实模拟桥梁的实际边界条件及下部结构受力环境即可达到满足工程精度的要求。下面以2*25m连续箱梁桥为例对一般桥梁抗震设计方法进行阐述与分析。

2.1 一次成桥模型的建立

本桥为2*25m连续箱梁桥，箱梁宽5m、高1.35m、支座与垫石总高0.21m，立柱中心间距3.2m，墩柱高度3.8m、直径为1.0m，桩基采用2根1.2m钻孔灌注桩（摩擦桩），桩长20.8m，场地土系数m值为30000KN/m4。主梁、立柱、基础分别采用C50、C40、C30混凝土。建立桥梁模型如图1所示。

图1：一次成桥模型

在E1、E2地震作用下，计算模型要反映实际桥梁结构的动力特性（要能反映桥梁上部结构、下部结构、支座、地基刚度、质量分布以及阻尼特性）。从而保证在E1、E2地震作用下引起的惯性力和主振型能得到反映。

2.2 边界条件的模拟

模型的边界条件按照真实的情形进行模拟：支座按照实际计算刚度进行输入，使其能反映支座的力学特性；桩基础的模拟考虑桩土的共同作用，采用等代土弹簧进行模拟，等代土弹簧的刚度采用表征土介质弹性值的M值参数进行计算。图2为模型边界条件模拟示意。

图2：模型边界条件模拟示意图

2.3 桥梁抗震分析

08《细则》与《城规》中对规则桥梁的抗震设计均采用延性理念和减隔震两种策略，对地震分析与抗震验算方法的使用也基本相同。进行桥梁抗震分析验算是采用反应谱法，部分情况采用时程反应分析法。本模型采用反应谱法进行分析。

首先采用多重Ritz向量法进行特征值分析，得到结构的固有周期、振型形状等结构动力特性。其次进行反应谱函数的定义，根据桥梁类型、场地类型、抗震设防烈度等因素确定反应谱函数，并选择相应的抗震规范（本桥为规则桥梁，小震作用下采用E1反应谱的弹性设计、大震作用下采用E2反应谱的弹性或弹塑性设计），图3为模型对应的反应谱法函数。然后在结构的各个振动方向上定义反映谱荷载工况。最后运行分析，查看各模态作用下的分析结果。

图3：反映谱函数图

2.4 桥梁抗震验算

进行桥梁结构抗震验算时，有几点需要特别注意：

（1）定义钢筋混凝土构件材料特性中“弯矩――曲率曲线”的定义，其目的是为了描述截面的弹塑性以及在定义材料弹塑性时对E、I值进行修正，图4为定义“弯矩――曲率曲线”示意图。

图4：“弯矩――曲率曲线”示意图

（2）确定塑性铰的位置，定义自由长度与长度系数。

（3）在进行E2地震验算时，由于材料刚度发生变化，应在验算前手动修改结构刚度，验算结果真实可靠。其中刚度调整系数的计算公式为：

系数y=

系数z=

双柱墩验算时需通过pushover计算填入横向允许位移值。

最后运行验算分析，查看构件设计强度验算结果（E1、E2弹性验算），位移变形验算（E2弹塑性验算），再根据验算结果进行结构调整至全部通过验算并具有一定的安全系数。

3非规则桥梁抗震设计方法

以高墩大跨度刚构桥为主要研究对象进行讨论性分析，此类桥梁的抗震能力分析将直接影线墩身承载能力的大小因此是设计中的要点之一。

3.1 考虑地震动空间变化效应的桥梁地震反应分析

通常进行的地震反应分析，常采用假定地震发生时基础各点以相同的振幅和相位振动的一致激励法，忽略了地震动的空间变化特性，对于大跨度桥梁等线型结构而言，则应考虑地震地面运动的空间变化性对桥梁结构的地震反应的影响。

地震动无论是在强度、持时或是频谱特性等方面均具有显著的空间差异性，即地震动场地效应，而引起地震动空间变化的因素十分复杂，主要包括地震的行波效应、衰减效应、部分相干效应和局部场地效应四部分。

地震动空间变化差动场在桥梁各桥墩基础底部输入不同的自功率谱来考虑局部场地的变化，其相关性用相干函数模型来考虑。对多点激励桥梁地震反应分析方法分两大类：一类是确定性分析方法，包括反应谱法和时程分析法；另一类概率性分析方法，主要是随机振动法。由于大跨度桥梁在长周期反应谱和强空间耦合效应研究上还不完善，且地震地面运动的变化特征难以准确模拟等因素，反应谱法有时误差很大。于是基于随机理论的改进反应谱方法得到发展，如林家浩等等的虚拟激励法。

有关地震动场的空间变异性及模拟模型的研究已有大量的研究工作，多是基于实测记录统计分析获得的成果。对山区高桥梁抗震分析中，主要考虑地震动的地形效应，其影响因素主要包括地形的坡度、结构物所处的场地、地震波的传播方向以及地震波的入射角度等。对于河谷地形效应影响的考虑，目前主要是基于数值分析的经验函数法和整体数值分析方法两种。

3.2 非规则桥梁结构抗震设计理论和方法

基于性能的抗震设计是针对不同的结构特点及性能要求，综合考虑和应用设计参数、结构体系、构造措施以及减震装置等来保障桥梁结构在各级地震水平作用下的抗震性能，是桥梁抗震设计思想的一个重要转变。我国08《细则》与《城规》也引进了基于性能的抗震设计思想，采用E1和E2两水平抗震设防，即重要桥梁在E1震作用下只允许发生极小的损伤，而在E2地震作用下允许发生可修复的破坏。

基于位移的抗震设计是实现基于性能抗震设计思想的一条有效途径。它直接以位移为设计参数，针对不同地震设防水准，制定相应的目标位移，并且通过设计，使得结构在给定水准地震作用下达到预先指定的目标位移，从而实现对结构地震行为的控制。基于位移的抗震设计理论主要包括基于位移的抗震设计方法、位移需求简化计算和目标位移的确定三方面内容。北京工业大学针对山区高墩桥梁强震作用下震害特征和失效模式，开展多维多点地震作用下山区高墩桥梁地震模拟振动台台阵试验研究，提出了非弹性位移反应谱和碰撞谱为基础的基于位移抗震设计方法，发展基于直接位移的山区高墩桥梁抗震设计方法。

4结论

本文针对规则桥梁与非规则桥梁的抗震（下转第191页）（上接第179页）设计方法进行了综述，简要的阐述了规则桥梁常规抗震设计分析的要点及过程，和非规则桥梁抗震设计的方法、要点及发展方向。现行规范及常用方法多针对规则桥型，多采用静力模拟的形式（反映谱法）进行分析，但这种方法具有一定的局限性，适用的范围有限。对于非规则桥梁和多维地震作用下桥梁的地震反映分析还需进行大量的实验与数据收集，使方针模拟更接近实际，结构更为可靠，抗震加固方案更为理想。

参考文献

[1] JTG/T B02-01-2008.公路桥梁抗震设计细则[S].

[2] CJJ 166-2011.城市桥梁抗震设计规范[S]

[3] Yamamura N，Hiroshi T.Response analysis of flexible MDF systems for multiple-support seismic excitation[J].Earthquake Engineering and Struc-tural Dynamics，1990，19（3）：345-357.

[4] 林家浩，张亚辉.随机振动的虚拟激励法[M].北京：科学出版社，2004.

[5] 王利辉.连续刚构桥振动台台阵试验研究[D].北京：北京工业大学，2011.

桥梁抗震篇3

关键词：公路桥梁抗震加固震害种类加固方法

中图分类号：U448文献标识码： A

前言：我国的经济发展十分迅猛，各项建设都在持续进步。当前桥梁抗震加固方法和理论具有多样化、科学化的特点，技术人员应在桥梁抗震加固中根据具体情况进行针对性的加固，采取相应的抗震加固措施，保证桥梁加固施工的科学性和通行安全性。

一、桥梁抗震加固的意义

如今，世界范围内的地震次数越来越多，很多国家为了使地震灾害降到最低程度，都在不断探索桥梁的抗震加固设计，不断普及桥梁抗震加固设计的重要性。在了解桥梁抗震加固设计的重要性的同时，我们更要清楚的了解桥梁震害的主要原因。只有找到原因，才能找到桥梁的抗震加固的方法。如今我国很多桥梁特别是依据旧规范修建的老桥，或因设计、施工以及使用上的种种原因存在不同程度的损伤,处于无法满通拥挤、车辆猛增的状况，与其选择耗费大量人力、物力去重建这些桥梁，不如采用适当的加固技术，可有效恢复和提高旧桥的承载能力和通行能力、延长桥梁的使用寿命。通过维修和加固旧桥消除交通安全隐患，提高公路通行能力和服务水平、满足现代化交通运输的需求。

二、桥梁的震害种类

2.1 桥台震害：主要表现为桥台与路基一起滑动，移向河心，导致桥头、重力式桥台的胸腔及桩柱式桥台的桩柱发生不同程度的沉降、开裂、倾斜和折断等情况。

2.2 支座震害：某些桥梁的支座设计，并没有充分考虑到抗震的需求所以在某些支座形式和材料上存在着缺陷，在连接与支挡等构造措施上存在不足，导致支座在地震能量的作用下会发生较大的变形和位移。

2.3 桥墩震害：当地震发生后，桥墩在地震能量的作用下，会发生不同程度的倾斜、沉降、滑移、开裂、剪断和钢筋扭曲等问题，严重影响到桥梁的平衡和牢固，桥梁面临随时倒塌和倾倒的情况。

2.4上部结构破坏：对于梁式结构由于地震效应造成结构本身的破坏在报道中见的不多。梁式结构破坏多是在地震作用下支撑连接构件破坏或下部结构失效导致的落梁。而落梁对墩台侧壁的撞击又对下部结构造成破坏。拱式结构主要表现为拱上建筑和腹拱破坏，拱圈在拱脚和拱顶出现裂缝，拱圈隆起变形甚至倒塌。

2.5支承连接件的受损情况：分析桥梁在发生地震的时候，特别容易出现支承连接件受损的现象。桥梁的支承连接件受损就是桥梁的上下部位结构由于强烈的地震发生了相对位移，而这样的相对位移是桥梁的支承连接件所不能够承受的。这样一来，桥梁的支承连接件就如同虚设，不能够发挥人们安装时所预期的作用，最终导致了桥梁的上下部分相分离，桥梁坠毁的后果。桥梁出现支承连接件失效的情况，其主要原因还是在于桥梁设计的时候，没有考虑到桥梁相邻跨之间可能出现的最大相对位移，没有正确的设定好支承连接件的承受范围。

2.6下部结构破坏：一般出现倾斜、倒塌、开裂破坏。钢筋混凝土结构会出现轻微开裂、保护层混凝土剥落、纵向受力主筋压曲，截面变化处核心混凝土压碎等。

2.7软弱地基破坏：地震最先影响的部位一定是桥梁的地基。如果桥梁的地基很容易受到地震强烈的震动之后而发生变软、下沉的情况，使得桥梁的下部结构发生了水平移动或者下沉的动作，那么整座桥梁也随着报废。如砂土的液化和断层等，在地震中都可能引起墩台的毁坏。地基失效引起的桥梁结构破坏，有时是人力所不能避免的，因此在桥梁选址时就应该重视，并设法加以避免。如果无法避免时，则应考虑对地基进行处理或采用深基础。

三、桥梁抗震加固方法

3.1上部结构加固

上部加固的主要目的是防止各种原因引起的落梁破坏。

（1）伸缩缝和铰。加固简支钢梁或预制混凝土梁,最常用的、也是最传统的方法就是使用缆索约束装置,设计缆索时应注意尽可能少地占用梁和下部路面之间的竖向净空。如果期望纵向位移大于有效支座宽度,简支梁的缆索加固方法可以与墩帽支座的加宽相结合。钢梁的另一种加固办法是,用拼接板把腹板联系在一起,使梁在墩帽支座上保持连续。跨中有铰的梁,应增加铰的约束装置。由于在地震中,铰支座会发生局部性损伤,铰支座可用的实际长度要比最初设计的长度要小的多。因此要加宽铰支座或者将框架体系连在一起是很有必要的。

（2）侧向支撑。梁之间的侧向刚度通常由某种横向支撑体系或横隔梁提供。这些侧向支撑体系常用来抵抗风荷载、施工荷载、活荷载所引起的离心力及地震荷载。而且,侧向支撑体系不能承受支座承载能力和剪切键能力那么大的力,结果是支撑体系屈曲。理想的办法是,增加另外几组实际上尽可能接近支座的支撑、加强 肋或横隔梁。

（3）混凝土边梁。边梁是用来提高混凝土桥的纵向能力。这些梁把已有的箱型结构外的相邻排架连接在一起。在单层桥梁结构中,外伸梁在纵向激励下易扭曲。在双层结构中,边梁需要有足够的刚度和强度,以保证塑性铰出现在柱上,减小了下层桥面外伸梁墩帽的扭转需求量

3.2下部结构加固

桥梁的大部分地震损伤破坏发生在下部结构上,因此下部结构加固是整个桥梁抗震加固工程的重点,也是难点。

（1）柱罩。所依据的理论是提高现有钢筋混凝土桥墩的延性、抗剪和抗弯能力。在一些情况下,限制塑性铰区域的径向膨胀应变。实验表明,把径向膨胀应变限制在规定范围内,钢筋的搭接接头就会保持固结而且能产生截面完全塑性弯矩能力。与限制径向应变相反,在提供整个塑性铰区域足够约束的同时,允许发生一定的径向膨胀应变,使得有可能形成铰

（2）填充墙。对于多柱桥梁来说,填充墙是个较好的方法。它有两个明显的优点：不仅提高了柱的横向能力,而且限制了柱的横向位移。通过限制柱的横向位移,便消除了在墩帽中形成塑性铰的可能。费用可能小于前述的其他几个加固方法。值得注意的是,在稍微倾斜或没有倾斜的桥梁排架的纵向能力方面,填充墙不是有效的。

（3）连梁。连梁是用于提高混凝土排架的横向能力的。连梁的功能由它在地面标高以上的位置决定。连梁置于排架底部标高处,以替代现有不足的墩帽。这类连梁的主要功能就是保护现有上部结构,迫使在柱上产生塑性铰。

（4）帽梁的加固。帽梁存在着几种潜在的失效模式。按照墩帽的类型,这些易损性可能包括支座破坏、剪切键破坏、支座宽度不够以及帽梁破坏等。帽梁失效模式包括弯曲、剪切、扭转和节点剪切。

（5）基础加固。通常基础的加固是:增设上覆盖层以提高基础抗剪能力,或均匀加宽基础,增加接触面积以提高稳定性和抗弯能力,还有就是把基础锚固于土中或是通过连接杆穿过基础把承台与桩联系起来。

四、桥梁抗震加固技术发展趋势

从桥梁震害调查中发现，遭受严重破坏和倒塌的桥梁结构，绝大部分是源于落梁和抗弯延性不足，因此强调桥梁结构整体的延性能力，或是在原有规范的基础上，相应地保证桥梁结构整体的延性能力，并通过设计和构造保证桥梁结构的整体延性能力，这已成为世界主要的多震国家地震工程界的共识。从加固的对象上来看，美国、日本等桥梁抗震加固水平最高的国家，已经把加固的重点从以前单一的防落梁构造措施，转移到重视桥墩整体延性上来，以保证加固后的桥梁与新建桥梁的抗震能力相当。

桥梁抗震篇4

关键词：桥梁基础抗震设计日本规范

一、引言

近十年来，世界相继发生了多次重大地震，1989年美国LomaPrieta地震（M7.0）、1994年美国Northridge地震（M6.7)、1995年日本阪神地震（M7.2）、1999年土耳其伊比米特地震（M7.4）、1999年台湾集集地震（M7.6）等等。因此，专家们预测全球已进入一个新的地震活跃期。随着现代化城市人口的大量聚集和经济的高速发展，地震造成的损失越来越大。地震灾害不仅是大量地面构筑物和各种设施的破坏和倒塌，而且次生灾害中因交通及其他设施的毁坏造成的间接经济损失也十分巨大。以1995年日本版神地震为例，地震造成大量高速公路及高速铁路桥隧的毁坏，经济总损失高达1000亿美元。

近几次大地震造成的大量桥梁的破坏给了全世界桥梁抗震工作者惨痛的经验教训。各国研究机构纷纷重新对本国桥梁抗震规范进行反思，并进行了一系列的修订工作。日本1995年阪神地震后，对结构抗震的基本问题重新进行了大量的研究，并十分重视减振、耗能技术在结构抗震设计中的应用。桥梁、道路方面的抗震设计规范已经重新编写，并于1996年颁布实施。美国也相继在联邦公路局（FHWA）和加州交通部（CALTRANS）等的资助下开展了一系列的与桥梁抗震设计规范修订有关的研究工作，已经完成了ATC－18，ATC－32T和ATC-40等研究报告和技术指南。与旧规范相比，新规范或指南无论在设计思想，设计手法、设计程序和构造细节上都有很大的变化和深入。

中国现行《公路工程抗震设计规范》（JTJ004－89）在80年代中期开始修订，于1989年正式发行。随着中国如年代经济起飞，交通事业迅猛发展，特别是高速公路兴建、跨越大江，大河的大跨桥梁、大型立交工程以及城市中大量高架桥的兴建，规范已大大不能适应。但是目前所有国内的桥梁设计，对抗震设计均在设计书上标明的参照规范即是《公路工程抗震设计规范》和《铁道工程抗震设计规范》。与国外如日本、美国的同类规范相比，中国现行《公路工程抗震设计规范》水准远落后于国外同类规范。若不进行改进，则必将给中国不少桥梁工程留下地震隐患。

本文主要介绍了各国桥梁抗震设计规范中基础部分的抗震设计。基础部分对全桥的地震响应以及墩柱力的分布均有非常重要的影响。基础设计不当会导致桥梁墩柱在地震中发生剪断、变形过大不能使用等等，有时甚至是桩在根部直接剪断破坏。基础设计需要考虑的方面除了基础形式的选择以外还包括抗弯强度、抗剪强度桩基础连接部分的细部构造、锚固构造等方面。本文首先对中、美、日、欧洲、新西兰五国或地区抗震设计规范中有关基础的部分进行了一般性的比较。笔者认为，相对而言中国的规范在基础抗震设计方面较为粗糙、可操作性不强。而日本规范在这方面作的最为细致，技术也较为先进。因此，在随后的部分中详细介绍了日本抗震规范的基础设计方法。

二、主要国家桥梁抗震规范基础抗震设计的概况

本文将中国桥梁抗震规范与世界上的几种主要抗震规范（美国的AASHTO规范、Cal－tans规范、ATC32美国应用技术协会建议规范，新西兰规范NZ，欧洲规范EC8，日本规范JAPAN）进行基础抗震设计方面的比较。

中国桥梁抗震设计规范有关基础设计的部分十分笼统，只以若干定性的条款，从工程选址方面加以考虑，而对基础本身的抗震设计，特别是对于桩基础等轻型基础抗震设计重视不够。这方面，日本的桥梁抗震设计规范和准则规定得比较详细，是我们应当学乱之处。基于阪神地震的经验，地震后桥梁上部结构的修复和重建都比下部基础经济和省时、省力，因此桥梁基础的抗震能力的要求应比桥墩高。

三、日本桥粱基础抗震设计方法细节

1.按流程，先用震度法设计。震度法基本概念是把设计水平震度

Kh乘以结构Kh的计算方法如下：

其中Cz--地区调节系数；

Kh0--设计水平震度的标准值。

其中，δ是把抗震设计所确定的地基面以上的下部结构质量的80％或100％和该下部结构所支承的上部结构质量的100％之和作为外力施加到结构上在上部结构惯性力作用点位置发生的位移。

2．用震度法设计以后，如果基础结构是桥台基础或者桥墩的扩大基础，不需要用地震时保有水平耐力法设计。这是因为设计桥台基础时，地震时动力压力的影响非常大，此外结构背面存在的主体也使结构不容易发生振劾。而对于扩大基础来说一般地基条件非常好，因此，地震时基础某些部位转动而产生非线变形可以消耗许多地震能量。

3．用地震时保有水平耐力法设计时，首先要判断基础水平耐力有没有超过桥墩的极限水平耐力。这是因为地震时保有水平耐力法的基本概念是尽量使地震时在桥墩而不是在基础出现的塑性铰。如果在基础出现塑性铰，发生损伤后，修复很困难。所以，我们要把基础的行为控制在屈服范围内。

如果基础水平耐力小于桥墩的极限水平耐力，则要判断桥墩在垂直于桥轴方向的抗震能力是不是足够大（按式（3))。因为如果桥墩在垂直于桥轴方向具有足够大的抗震能力（例如壁式桥墩），而且基础的塑性反应在容许范围以内，则基础的非线能吸收大量的振动能量并且基础仍然是安全的。

桥墩的极限水平耐力Pu≥1.5KheW（3）

Khco--设计水平震度的标准值；

Cz--地区调节系数；

μa--容许塑性率；

W－一等价质量（W=Wu十CpWp）；

Wu--振动单位的上部结构质量；

Wp--振动单位的桥墩质量；

Cp--等价质量系数（剪断破坏时1.0，剪断破坏以外是0.5）。

4．桥墩的极限水平耐力满足Pu≥1.5KheW时，对基础塑性率进行对照检查。虽然基础的非线行为能吸收大量振动能量，但是对于有的基础部件来说，可能会遭受过大的损伤。所以要控制基础的反应塑性率，按如下要求：

μFR≤μFL（4）

式中μFR--基础反应塑性率；

μFL--基础反应塑性率的限度。

5．发生液化时，要降低土质系数。随后的计算（对照和检查）同上述方法基本一致。

6．在地震时保有水平耐力法的流程中，最后是对基础水平位移、转角的对照和检查。要求是基础最大水平位移为40cm左右，基础最大容许转角为0.025rad左右。

桥梁抗震篇5

回顾历史，桥梁抗震分析方法的发展大致经历了静力法、以动力法为基础的反应谱法和动态时程分析法这三个阶段。

二、静力法

早期结构抗震分析采用的是静力法。该方法不考虑建筑物的动力特性，假设结构物为绝对刚性，地震时结构物的运动与地面运动完全一致，结构物的最大加速度等于地面运动最大加速度，于是，结构物所受的最大地震荷载F等于水平地震系数与结构物重量W的乘积，或者等于建筑物质量m与地面最大加速度的乘积。即：

其中，为水平地震系数，其值等于地面最大加速度与重力加速度的比值。

在设计中，把地面运动的最大加速度、水平地震系数和地震烈度联系起来，且通常根据重力加速度g与地面最大水平加速度的统计平均值的比值对水平系数加以划分，我国铁路、公路工程抗震规范的规定见表1。目前采用地震动峰值加速度系数取代地震基本烈度，两者之间的关系见表2。

从震动这一角度分析，把地震加速度看作是结构破坏的唯一因素具有很大的局限性，因为它忽略了结构物的动力特性，这使得静力法只有在当结构物的基本因有周期比地面卓越周期小很多时才能成立，即结构物在受地震的振动作用时表现为绝对刚体而几乎不发生任何变形。由于概念简单，计算公式简明扼要，挡土结构和桥台等质量较大的刚性结构物的抗震计算常常采用静力法。我国的《公路工程抗震设计规范》JTJ004-89中挡土墙和路基的抗震强度和稳定性均采用静力法计算地震荷载。

三、反应谱法

在逐渐认识结构的动力特性后，美国学者在上世纪40年代提出了计算地震力的反应谱法，也叫动力法。它不仅考虑了地震时地面运动的特性，而且考虑了结构物自身的动力特性，是目前工程设计当中应用最为广泛的抗震设计方法。它的设防标准采用加速度或烈度来表示。

该方法称为弹性反应谱法，因为其是以弹性体系作为研究的对象。但在地震作用下，结构物一般都会发生弹塑性变形，此时，结构物的延性将起到消耗能量的作用，这就是延性设计。

四、动态时程分析法

时程分析法是上世纪60年展起来的抗震分析方法，用以进行超高层建筑的抗震分析和工程抗震研究等。至于80年代，已成为多数国家抗震设计规范或规程的分析方法之一。

“时程分析法”是由结构基本方程输入地震加速度记录进行积分，求得整个时间历程内结构地震作用效应的一种机构动力（辅助）计算方法，也就是说满足规范要求的时候可以不用它计算。规范规定：对于特别不规则的建筑、甲类建筑及超过一定高度的高层建筑，宜采用时程分析法进行补充计算。

桥梁抗震篇6

1、桥梁抗震抗风设计原因。桥梁的抗震抗风设计作为一种设计理念并不是一开始就存在的，而是根据地震灾害、风灾和工程事故，以及对地震、风灾和安全事故的反思，进行科学的总结归纳，最终进行有计划、有目的的设计。可以说，桥梁抗震抗风设计是建立在实践的基础之上的。因此，我们必须了解风灾和地震这两种主要的自然灾害。地震是一种比较常见的灾害，地质层的活动导致地表发生横向或纵向的移动，以此对地表建筑物进行了破坏。而风灾一是通过风的侵蚀，逐渐对桥梁等建筑破坏；二是强风直接对地表建筑进行破坏，如台风。

2、桥梁抗震抗风设计理念。既然桥梁的抗震抗风设计来源于自然灾害和安全事故，桥梁的设计不能只具有实践合理的属性，其必须满足设计上的科学性。如针对因地震或风灾变形严重的部位，我们需要科学的选择延展性较高的材料进行加固；如对于桥梁的整体设计和系统分析。

3、桥梁抗震抗风设计现状。针对桥梁所受到的地震和风灾，我们当今的研究主要是关于中小型跨度的桥梁，主要是从延展性和减少地震作用力两个方向进行设计。但随着桥梁跨度的增加，侧向变形的可能性加大，对桥梁整体的抗风性能提出了更高的要求。

二、桥梁抗震抗风设计方法

1、桥梁抗震抗风设计原则。桥梁的抗震抗风设计是桥梁在地震和风灾等自然力量中的抗震抗风性能。因此，桥梁的抗震抗风设计可以大致分为两个方面，一是工程设计本身所需要的科学性和合理性，二是关于抗震属性和抗风属性的加强。我们可以从设计学的角度分析，桥梁的抗震抗风设计大致有以下原则：一是系统性原则。对于抗震属性和抗风属性的加强，我们不能脱离桥梁工程建设这一主体，不能过分的强调某一属性而忽略了整体性能的提高。二是协调性原则，对于工程设计，其需要具有工学美观，符合力学的特征。在尾端和跨距设计上都需要符合力学的协调性，只有这样，桥梁作为其交通的本质属性才不会被掩盖。三是针对性原则。对于具体的地形和地质，我们需要结合当地实际，针对某一方面的属性进行加强，如沙漠边缘带风蚀厉害，抗风属性需要加强。如沿海台风等特大风灾较多，需要加强抗风性能。

2、桥梁抗震设计方法。在谈到桥梁的抗震设计时，我们必须清楚地震破坏力和破坏范围。在桥梁的抗震设计中，我们一般是针对5级烈度到8级烈度之间。具体设计而言，一是根据我们的地震烈度表，选择合适的场地，即地基。尽量避开地震带和地质活跃层，避免地基在地震中损坏。二是注重桥梁的整体性和规则性设计，整体性越强，其抗震属性越高。而整体性的加强依赖于桥梁结构，如著名的赵州桥屹立千年不倒，其重要原因也是因为其结构的严密与整体性较强。整体结构的设计可以有多个指标，如关于延性指标，其是指同等强度下的非弹性变化能力，其计算是μ=Δmax/Δy，其中Δy表示结构的首次屈服，而Δmax则是表示其最大的变形。三是通过弹性的计算，运用弹性理论进行相关的设计。

3、桥梁抗风设计方法。而桥梁抗风设计，我们可以借鉴江苏省的苏通长江大桥进行分析。其采用的是2×100+300+1088+300+2×100的跨径，是世界上跨度最大的斜拉桥。并且，苏通大桥的主航道桥采用三维有限元模型进行分析计算，其中用梁单元和析架单元模拟主梁、边墩等，用来考虑垂直力度和几何刚度。通过对苏通长江大桥体系的深入分析，我们可以发现，抗风设计首先需要注意模型的选择，如苏通大桥在考虑风荷载时，针对三种不同的分析方式（Fixed-Free一侧限位装置生效；Fixed-Fixed—两侧限位装置生效和Free-Free—全桥纵飘体系）进行了比较，最终是决定采用效果最佳的Fixed-Fixed模型。其次则是针对斜拉索和桥梁震动以及结构进行科学的分析与模拟，最终优化结构设计，利用斜拉索对桥梁的各种震动和风力进行平衡，最终实现桥梁的高抗风属性。而关于阻尼系数的计算，我们可以通过CH=FH/0.5PU2D，其中FH是阻力，U为来流风速，P为空气密度，D则是桥塔塔柱横桥的迎风面宽度。主梁风荷载的计算则是通过一下公式进行计：其中，CD是主梁的阻力系数，CL是主梁升力系数，CM是主梁升力矩系数，H是主梁的高度，B是主梁的宽度，GVA是顺桥方向的等效静阵风系数，GVT是横桥方向的等效静阵风系数。而斜拉索的风荷载则是通过一下计算公式：其中，CDX是斜拉索顺桥方向的阻力系数，CDZ是斜拉索横方向的阻力系数，α是斜拉索的倾斜角度，D是斜拉索直径。此外，还有桥墩的风荷载的计算方法，计算公式与上差不多，只需要将各个系数换成相对应的即可。通过对各种系数的计算，平衡风力，找出最佳的平衡方式，才能实现抗风属性最佳设计。

三、总结

桥梁抗震篇7

关键词：桥梁结构 桥梁震害 抗震设计设防措施

中图分类号：K928文献标识码： A

前言

当前，随着我国经济的快速发展，公路工程的规模在不断地扩大，而桥梁是公路工程的关键节点。而我国是一个地震灾害发生率较高的国家，地震对桥梁的破坏一方面同建造桥梁所处的地形、地质有关，另一方面也与桥梁自身结构类型相关。以下，本文就对桥梁结构抗震设计的相关方面，即桥梁震害综述、我国抗震设防标准解析，桥梁抗震设计中应注意的问题以及桥梁结构抗震设防措施进行了简要阐述，旨在为桥梁设计工作人员提供参考。

1、桥梁结构抗震概述

1.1 桥梁结构的构造及类型

桥梁结构一般分为上部结构（分为桥身、桥面和必要的连接结构）和下部结构（分为桥墩、桥台、支座和基础），支撑桥身的承重构件是桥墩，主要承受竖向恒载，桥身是承受车辆行人荷载的主要构件，活动支座允许梁伸缩和转动变形，固定支座允许转动但不允许伸缩。桥梁结构类型分为梁桥、拱式桥、悬索桥、斜拉桥、钢构桥。

1.2 桥梁结构的震害及原因分析

桥梁结构震害主要有两种形式：一是场地运动引起的桥梁结构振动，二是场地相对位移产生的强制变形。第一种形式通过惯性力的形式把地震作用施加在桥梁结构上，第二种形式是通过支点强制变形产生的超静定内力或过大的相对变形影响桥梁结构的地震安全性。在地震的作用下桥梁会造到不同程度的破坏，如桥台桥墩倾斜开裂、支座锚栓剪断或拉长甚至桥台桥墩滑移、落梁倒塌。而地震中桥梁破坏有各种形式，以下为几种具有代表性的破坏形式。正确认识桥梁结构震害的产生原因是做好桥梁抗震设计的基本前提，也是抗震设计和结构发挥作用的重要保障。就目前掌握的国内外的地震相关资料来看，公路桥梁的震害表现形式主要有以下几种：首先，地震发生后对梁式桥梁会产生较大的位移，并在位移的过程中对桥梁上部结构的各个节点造成危害。继而形成因节点承载力和角度发生变化所导致的桥梁梁体的相互撞击。于是，引起桥梁的整体形状发生突变，通常表现为桥梁的整体隆起。其次，在地震过程中，公路桥梁的地基周围的土质发生液化，致使桥梁发生位移，于是桥梁结构受到位移的影响引发落梁现象再次，在桥梁的设计和施工过程中，没有充分的考虑支座的抗震功能，于是当地震发生后，桥梁支座因无法承受地震所导致的位移而产生结构破裂，从而影响了其他桥梁上部结构的抗震效果。其四，对于桥梁下半部结构的抗震设计的不足，而导致的字地震过程中出现的各种开裂、变形和失效现象,也会严重的影响桥梁的整体抗震能力。最后，地基周围土质过于松软导致了地震发生后桥梁迅速的发生滑移，从而导致了整体结构遭到破坏。

1.3 桥墩弯曲破坏

弯曲破坏的定义就是指结构的弯曲承载力比结构剪切承载力要低，结构承载能力由抗弯性能起控制作用的破坏形式。因为这种破坏发生后桥墩的塑性变形吸收地震能量和刚度下降能够减轻地震作用的强度，所以，这种破坏通常可以避免桥梁在地震中发生倒塌破坏。

1.4 桥墩剪切破坏

剪切破坏指的是结构弯曲承载能力高于剪切承载能力，结构的承载力完全由剪切强度控制的破坏形式。发生地震时，剪切破坏是导致桥梁遭受严重破坏的主要形式，这种破坏比较常见。

1.5 支座破坏

支座破坏是桥梁上部结构遭受破坏的最常见的一种破坏形式，这种破坏形式也是引起落梁破坏的主要原因，但是支座损伤可以避免上部结构的地震影响传到桥墩，使桥墩免遭破坏。

1.6 落梁破坏

落梁破坏指的是无约束活动节点处的位移过大使得桥跨在纵向的相对位移要比支座长度长，从而引起桥梁破坏。这种破坏在高墩柱的多跨连续梁中经常发生，这是因为梁与桥墩的相对位移过大，支座丧失约束能力后就会引起破坏。

2、桥梁结构抗震设计的思想和原则

2.1 桥梁结构抗震设计的思想

抗震设防的目标是“小震不坏,中震可修,大震不倒”,即按多遇地震、设计地震、罕遇地震对桥梁进行多水准设防。具体来讲,就是在设计基准期内,当发生多遇地震(小震)时,结构处于弹性工作阶段,应保证不损坏或轻微损坏,能够保持其正常使用;在发生设计地震(中震)时,结构整体进入非弹性工作阶段,可能损坏,经修补,能尽早恢复其正常使用;在发生罕遇地震(大震)时,结构进入弹塑性工作阶段,可能产生较大破坏,但不出现整体倒塌,经抢修后可限速通车。一般情况下,抗震设计按“地震动峰值加速度”和“地震动反应谱特征周期”进行抗震验算,并按“抗震设防烈度”要求采取相应的抗震措施。

2.2 桥梁抗震设计要点

对于易发生地震灾害的地区的桥梁建设，或者是地震强度级别较高的地区的公路桥梁建设，工程人员要在认真分析桥梁结构和自身抗震特点的基础上，有针对性的加强桥梁的抗震设计。一般来讲，有如下基本设计原则：首先，要尽量将桥梁的整体重心下移，通过提高桥梁稳定性的方式增强其抗震效果。其次，对于桥梁的高度要做好适当的控制，以免过高的桥梁结构在地震中发生振动，影响下部结构的刚度。再次，应该做好地基的加固处理，避免地基在地震发生后的大幅度位移导致的桥梁整体抗震能力减弱。桥梁的对称位置和结构应该具有大致相同的刚度，因为实践证明结构简单和对称的桥梁较不等跨桥梁的抗震效果更好。尤其是对于长度较长的桥梁，这种差距就更为明显。所以，对于没有特殊要求的桥梁，我们应该尽量采取对称型的小跨径的桥梁。

2.3 中日抗震设计规范的比较分析

2008 年8 月我国交通运输部了公路桥梁抗震设计细则，但有一些规定的可操作性不是很强，同时颁布了《公路桥梁抗震设计细则》，这是以行业推荐性标准的形式，与通用设计规范等其他桥规的地位之间还有一定的不同。1996年日本对桥梁结构抗震规范进行了更新，对罕遇地震作用增加了内陆直下型地震，地震最大强度达1.5 g-2.0 g, 再次强化了弹塑性数值计算的地位。2002 年日本对抗震设计的一些具体要求进行了进一步的细化。

3、桥梁结构抗震设计

桥梁结构的抗震计算的地震力理论经历了三个阶段：静力法、反应谱理论、动态时程分析法。地震力理论又叫做地震作用理论，它是研究地震时地面运动对结构物产生的动态效应。我国桥梁的抗震设计正在向着弹性设计、弹塑性设计并存的方向发展。以下为桥梁抗震设计的各种理论。

3.1 静力法

早在1899 年，日本大房森吉就提出了静力法的概念，这种方法假设结构物的各个部分与地震动具有相同的震动，这时结构物上只作用在地面上的运动加速度乘上结构物质量所产生的惯性力，这种惯性力视作静力作用于结构物作抗震计算。

3.2 反应谱法

反应谱指的是在某一给定的地震动作用下，单自由度体系反映的最大绝对值与自振周期、阻尼比之间的关系。反应谱法也有自身的缺陷：只适应于弹性分析；只能得到最大反应；多阵型反应谱法存在振型组合的问题。

3.3 其他抗震设计法

20 世纪50 年代随机振动方法被人们广泛认为是一种较为先进合理的方法，在此提出了虚拟激励法，成为有效利用随机振动方法的实践依据。1975 年一种简单实用又比较可靠的抗震设计方法- 静力弹塑性分析方法（Pushover 分析方法）被Freeman 等提出，20 世纪90 年代以后，这种分析方法引起了地震工程界的关注。

4、桥梁抗震设防措施

一个是概念设计、一个是构造细节设计。需要注意的是,这两个东西其实和具体的抗震计算关系不大,计算只是辅助手段,只是验证概念和细节的合理性。所以设计师需要的是对桥梁抗震设计基本概念和原理的深刻理解。构造细节措施则包括一些基本的抗震措施,比如支座的选择、挡块的设置等等,还包括构件细节的构造措施、比如墩的箍筋配置、节点配筋构造。国内外桥梁抗震研究人员一直都在研究桥梁的合理构造措施,合理的构造措施可以提高整体的延性及滞回耗能能力。

抗震设计的理念应该贯穿在整个桥梁结构的设计过程中，从设计方案选择上注重桥梁的抗震性能， 通过反复的实验和推敲来确定桥梁设计的方案。实用的抗震方法，是通过增加桥梁结构的柔性来延长结构的自振周期，这样，一来可以增加结构的阻尼并减小地震载荷，二来可以减小地震所引起的桥梁结构的反应， 实质就是减小地震的危害。目前来说，比较有效和容易实现的提高桥梁的抗震性能的方法是采用桥梁延性控制方法

桥梁的延性是实现桥梁结构抗震性能设计的一个重要手段。桥梁的延性反映了桥梁结构或材料在强度没有明显降低的情况下的非弹性变形能力。桥梁的延性可以用构件截面的曲率延性系数来表示。当允许出现塑性铰时，各国规范都要求塑性铰要设计在方便检修的位置。

桥墩的延性是抗震设计中可以加以利用的特点，由于桥墩自身所具备的延性，将这一性质加强，在强震时，这些部位所形成的稳定延性塑性铰可以产生弹塑性变形，这样变形将延长结构的周期，并同时耗散地震的能量。利用桥墩自身加强的延性，将地震力通过限度内的塑性变形渐渐分散，是在桥梁结构设计中比较容易实现的抗震方法之一。延性的抗震设计，需要根据弹性反应来计算塑性变形的程度，然后根据抗震等级进行修正，尽可能提高桥梁结构的抗震载荷。在桥梁的抗震设计规范中，综合影响系数是用来反映塑性变形程度， 所以根据综合系数可以确定桥梁的抗震能力。

美国caltrans规范早在20世纪 70年代就引入了关于桥梁抗震要考虑延性设计的影响,其目的是通过对桥梁结构细部的规定将强震下的非弹性变形限制于桥柱和墙式墩的塑性区域。 根据每座桥梁的延性的不同，ATC-32 建议将桥梁结构分为四种类型，即充分延性结构、有限延性结构、弹性结构、有保护系统的结构。

结束语

地震的发生危害巨大且难以预测,我们要把握工程质量,增加建筑物抗震性能,提高防震防灾的意识,把工夫做在平时,防患于未然,切不可抱有侥幸心理,只有这样才能在遇到突发地震时减少人员伤亡,降低经济社会损失。

参考文献：

[1] 雷建胜.浅谈桥梁的抗震设计[J].铁道建筑技术,2008(S1):145-146.

[2] 杨会兵.结构抗震在桥梁结构中的应用[J].山西建筑,2008,34(11):308-309.

[3] 谭 文.浅谈桥梁抗震设计中应注意的几个问题[J].山西建筑,2008,34(5):124-126.

[4]赵国辉,刘健新.汶川地震桥梁震定分析及抗震设计启示[J].震灾防御技术,2008,3(4):363-369.

桥梁抗震篇8

关键词：桥梁设计； 承载能力； 抗震能力

中图分类号：S611文献标识码： A

一、前言

从桥梁的实际使用来看，地震对桥梁结构的稳定性会产生巨大的危害。桥梁作为一种特殊的建筑，在交通运输中具有重要作用。桥梁结构的合理性不但关系到桥梁的使用寿命，同时也关系到桥梁在地震中能否保持较小形变，进而达到应对地震的目的。基于这一认识，我们应从桥梁设计入手，重点提高桥梁设计质量，并在桥梁设计中，重点分析地震对桥梁产生的破坏及其成因，并制定具体措施，在桥梁设计中重点提高桥梁的抗震能力，满足桥梁设计和使用需要，为延长桥梁使用寿命，提高桥梁的结构稳定性提供有力支持。

二、地震对桥梁产生的破坏及其成因

目前来看，地震是造成桥梁破坏的主要原因。结合地震爆发时桥梁的变化情况，地震对桥梁产生的破坏及其成因主要表现在以下几个方面：

1、上部结构的震害。

桥梁的上部结构在地震中出现损害是比较常见的，震害主要有三种类型：分别是碰撞震害、移位震害和自身震害。

由于地震时晃动较大，桥梁的上部结构承受的载荷较大，如果载荷进一步增强，将会对上部结构造成危害。

2、支座的震害。

因为在传统的桥梁设计中，支座部分没有充分考虑到抗震的要求。在地震时，由于一些结构措施不当或是材料上的缺陷等因素，支座部分由于受力较大而发生变形或是移位，这样与支座部分相连的机构也相应的发生移位，破坏了桥梁的结构，造成危险。

支座部分由于设计时考虑不足，在承载力上预留的较少，因此在剧烈晃动中对桥梁整体结构危害较大。

3、地基土产生地震液化造成的震害。

地基是桥梁的支撑部分，地基一旦被地震液化，失去支持作用，很有可能会造成落梁的情况出现。当遇到地基土质为液化土时，一旦发生地震，液化土就会对桥梁地基产生较大危害，这样地基就会失效，地基上面的结构物会发生整体的倾斜或是下沉等严重变形，这样的变形对桥梁来说是致命的，因为会直接导致桥梁的整个结构发生变化，发生严重的震害。为此，我们应有正确认识。

4、下部结构的震害。

由于下部结构较软弱，地震力过大时，下部结构的自身惯性力无法抵抗，会导致桥梁下部结构发生破坏，进而引起整个桥梁的破坏。

桥梁下部结构在设计过程中如果载荷考虑的不够，会在地震中造成严重损害。因此，提高下部结构载荷对桥梁设计而言具有重要意义。

三、桥梁设计中提高抗震能力的必要性

在桥梁设计中，之所以要提高桥梁的抗震能力，其意义和必要性主要表现在以下几个方面：

1、桥梁设计中提高抗震能力，对延长桥梁的使用寿命是十分必要的。

桥梁作为一种特殊的建筑形式，施工难度大、总体建设成本较高，如果其使用寿命达不到要求，不但无法发挥其对交通运输的支撑作用，还会给交通运输带来安全隐患。在地震等自然灾害中，对桥梁的影响是非常大的。基于桥梁使用的现实要求，在桥梁设计中提高抗震能力，不但有助于在源头上提高桥梁质量，也给延长桥梁的使用寿命提供了有力的支持。

2、桥梁设计中提高抗震能力，对满足桥梁使用需要是十分必要的。

桥梁在使用过程中，遇到地震的几率是比较大的。在桥梁设计之初，为了满足桥梁的实际使用，需要在其抗震能力上有所侧重和加强，使桥梁的抗震能力能够满足桥梁使用的基本需要，在小规模的地震面前，桥梁不至于发生垮塌事故。所以，桥梁设计中提高抗震能力，对满足桥梁使用需要是十分必要的。因此，我们要认识到桥梁设计中提高抗震能力的必要性，做好抗震能力的设计工作。

3、桥梁设计中提高抗震能力，对提高桥梁的整体载荷和结构稳定性是十分必要的。

桥梁在施工建设过程中，其整体载荷和结构稳定性是决定桥梁质量的重要指标。为了保证桥梁的整体载荷和结构稳定性能够满足实际要求，我们就要在桥梁设计中，全面提高抗震能力，并将抗震能力作为桥梁施工建设过程中的重要衡量因素，确保桥梁的各项性能满足实际需要。为此，在桥梁设计中，全面提高抗震能力，对满足桥梁建设需要，提高桥梁结构的合理性和桥梁的整体性能，具有重要的促进作用。

四、桥梁设计中提高抗震能力的具体措施

鉴于抗震能力对桥梁的重要性，在桥梁设计中，我们应对抗震能力的提高有全面正确的认识，并从以下几个方面入手，确保桥梁的抗震能力满足实际要求：

1、隔震支座法

具体做法是采用减、隔震支座在梁体与墩、台的连接处，应在设计中考虑应用新材料来实现结构柔性和阻尼的增加。

目前隔震支座法可以有效解决桥梁支座强度问题，能够全面提高桥梁支座的承载力。因此，在桥梁设计中，我们应积极采用隔震支座法，并将其作为设计中的主要方法之一进行推广，使桥梁的整体支座强度和载荷都能够满足实际需要，为提高桥梁设计质量提供有力支持。

2、上部结构抗震措施

考虑到上部结构对桥梁抗震能力的重要影响，在桥梁设计过程中，我们应保持上部结构的合理性。在上部结构设计中，在保证强度要求的同时，实现上部结构的轻量化，并且依据抗震设计规范设置抗震构造措施，使上部结构的抗震能力得到充分提高。

3、利用桥墩延性

在强震时，这些部位形成的稳定延性塑性铰可以产生弹塑性变形，这样变形将延长结构的周期同时耗散地震的能量。

在桥梁设计中，为了有效消除地震时桥梁的形变，并做到积极利用桥梁的弹性形变，减少弹性形变对桥梁结构的危害。为此，我们应在设计中对桥墩的延性有全面深入的分析，并做到正确分析桥墩的延性数据，实现对桥墩延性的利用，保证桥梁的整体结构能够在载荷和弹性变形上满足要求。

4、对地震液化土层进行处理

桥梁设计前要做地质勘察，确定地震影响基本参数与建筑场地类别。根据地质情况与抗震地段类别选择相应的抗震设计方法，当持力层深度范围内存在液化土层时，应对液化土层进行处理，以减少或消除地震液化土对桥梁抗震能力的影响。

5、采用隔震支座和阻尼器相结合的系统

隔震支座法可以提高桥梁的抗震性能，增加对地震力的阻尼也是提高桥梁性能的方法，将二者结合起来，抗震性能将会有很大改善。

桥梁在地震中的形变是瞬时的，只要控制好桥梁的瞬时形变，确保桥梁的瞬时形变不对主体结构造成损害，就能够达到提高桥梁承载力和抗变形的能力。因此，在桥梁设计中，我们可以考虑设计隔震支座和阻尼器相结合的系统，确保桥梁的抗震能力得到全面提高，满足桥梁设计的实际需要。

五、结论

通过本文的分析可知，在桥梁设计中，要想提高抗震能力，就要积极采用隔震支座法、利用桥墩延性和采用隔震支座和阻尼器相结合的系统、采取抗震构造措施与对地震液化土进行处理等措施，确保桥梁的抗震能力能够得到持续提高，保证桥梁的使用寿命和承载力得到延长和提高。

参考文献：

[1] 叶生;;Pushover方法在桥梁抗震分析中的应用研究[J];中国水运(下半月);2008年11期

[2] 朱钊;傅翼;郭平;袁万城;;局部使用钢纤维混凝土桥墩抗震性能研究[J];结构工程师;2010年05期

[3] 何晗欣;桥梁抗震与抗风及其影响因素分析研究[D];长安大学;2011年

桥梁抗震篇9

关键词：桥梁；抗震设计规范；现状；趋势

中图分类号：U442 文献标识码：A

伴随着地震的到来，打破了人们宁静的生活，也使得很多桥梁没有经受住地震的考验，桥梁倒塌、路面开裂，导致灾害程度逐渐上升，增加了地震灾区的经济损失。因此，就需要不断规范桥梁的抗震设计，虽然在设计桥梁抗震方面已经取得一定成果，但是和发达国家相比，还是具有很大差异，所以，就需要我们不断完善和改正桥梁抗震设计规范，降低建设桥梁留下的安全隐患。

1.公路桥梁抗震设计规范

在2008年国家颁布了新的公路桥梁设计规范。该设计规范是在我国以往积累的抗震设计经验和教训的基础上，并结合和借鉴了国外先进的抗震设计理念，所以该规范的合理性和科学性比以往有了很大的提高。但是，由于我国整个地域跨度大，有很多区域都属于地震高发地带，并且地质环境也比较复杂，新的公路桥梁设计规范虽然借鉴了先进的抗震设计理念，但是其没有考虑到国内的实际情况，导致新规范中问题众多。国内的桥梁等级是以桥梁的单跨径长度为级别划分的依据，150m以上属于最高级别设防，剩余的则以公路等级为依据来划分桥梁的等级，侨联的级别不同，抗震设计目标也不相同。现阶段，国内外基本都采用两水准设防和两阶段的抗震原则来完成桥梁的抗震设计。

2.桥梁抗震设计规范的现状

当下环境条件日益恶化，地震的出现率和危害程度也随之提高。在每次地震过后，相关研究人员都会对其进行研究，找出其中的问题，以不断增强建筑设施的抗震能力。在大多数的桥梁抗震设计中，都是以原有的设计为基础，来进行更深层次的优化和完善，改变以往的单方面强度控制模式，逐渐采用位移、强度的双标准控制以及更多指标的控制方式，以提高桥梁的抗震能力。在当基于位移设计、基于强度设计、基于能量设计以及基于性能设计等是最常用的几种桥梁抗震设计。

在以往桥梁抗震设计最主要就是基于强度的设计，这种设计方式是国内都非常认可的一种设计方案，在实际操作中利用计算来完成地震效应的测量，进而来确定桥梁基础强度结构。通过对这几年中发生的大型地震分析可以发现，如果建筑构建可以一直维持较高的强度，在地震发生时，其基本不会出现较大的变化。随着抗震设计的发展，延性抗震设计逐渐被人们认可和应用。通常情况下，地震强度很大，非常容易引起桥梁结构的弹塑形变情况，如果时间一久，就会造成结构滞回延性严重超标，进而导致桥梁结构出现破损情况。所以，延性设计是抗震设计中非常关键的一项内容。在延性抗震设计出现后，抗震设计的发展和创新就步入了停止阶段，就没有新的发展，直到基于位移设计方式的出现，抗震设计得到了进一步的发展。在当下，抗震设计不仅需要确保桥梁的安全性和稳固性，还需要尽可能降低设计的成本，提高桥梁工程的经济效益。

3.桥梁震害的影响因素

3.1 桥梁结构设置不科学，支座、挡块等连接和构造措施没有按照相应的要求和标准来进行选择，进而导致桥梁因为落梁出现损坏。该情况一般出现在简支梁桥、连续高架桥中。由于上述桥梁结构的连接部位及挡块、牛腿等位置的结构过于简单，在大型地震出现时，其受力情况就会出现变化，进而导致桥梁的塌落。所以，在设计桥梁结构时，需要为其选择最适合的桥梁抗震结构体系。

3.2 由于桥墩的抗震能力较差而引起的桥梁破坏，其主要体现在强度不足和延性不足两方面。桥墩出现破坏的原因有3点：承载能力不足、塑性铰的设置不够科学和非塑性区的能力设计不达标。剪切破坏和弯曲破坏是桥墩破坏的常见形式。弯曲破坏一般出现在高柔性的桥墩中，而剪切破坏则多出现在矮墩。

3.3 由于各支点运动不一致而造成的桥梁损伤：当地震出现时，因为场地不同，桥梁中各个支点的地震波输入频率也有所差异，再或者地震输入支点时的相位差不一致，进而导致桥梁中多点激励和行波效应的出现。特别是对于地籍地质比较软而且不连续的桥梁。因为砂土液化，地基承载能力降低，导致地基出现沉降、滑移等情况，进而造成桥梁中其他部分的破坏。

4.桥梁抗震设计规范与发展趋势

4.1 桥梁抗震设计的未来标准

在进行桥梁的抗震设计时，最需要重视的因素是抗震设防的标准。地震的等级不同，其造成的危害程度也不一样。在过去的抗震设计中，通常设计出的桥梁抗震结构仅能起到单一的防范作用，但是在当下的桥梁抗震设计中则需要前面考虑抗震设防的标准。

4.2 位移、延性抗震设计发展趋势

当下基于位移和延性方面的强度抗震设计方法在当下的桥梁抗震设计中应用非常广泛。桥梁抗震设计是现阶段非常热门的一个研究课题，有很多桥梁抗震设计专家都建议在桥梁抗震设计中引入位移，以此为参考，来完成对桥梁的抗震设计，增强桥梁的抗震能力。

4.3 基础桥梁抗震设计发展趋势

通过对以往抗震设计的实例进行分析可以发现，桥梁的基础结构作为整个桥梁的根本所在，必须做好ζ涞目拐鹕杓啤T诘卣鸱⑸时，如果桥梁的基础结构出现破损，很容易导致整座桥梁的坍塌，进而引起严重的安全事故。与此同时，桥梁基础防震设计工作的难度相对比较大，施工人员必须进一步提高对其的重视。美国在这一方面已经有了比较成熟的设计规范，所以在实际设计中国内的设计人员可以对其进行借鉴和参考，进而制定出符合自身实际情况的抗震设计方案。

4.4 减隔震以及耗能抗震设计发展趋势

现阶段科学技术进步迅速，在桥梁抗震设计中已经逐渐使用了隔震、减震以及耗能等技术，并且社会各界对此也非常重视，但是在当下其还缺少必要的实践验证。对减震、隔震和耗能技术的研究和完善具有重要的意义和作用，它能够有效促进桥梁结构抗震能力的提高，确保社会的稳定和谐。

4.5 构造细节以及规范的可操作性

当下国内的桥梁抗震设计已经有了不小的进步，但是其中还需要许多可以完善的部分。

无法将问题进行量化以实现解决问题的目的，所以研究人员要做好对实际经验、研究成果以及理论知识的总结、分析和研究，最终制定出合理科学的抗震设计，以促进桥梁结构抗震能力的提高。在进行桥梁的设计时需要保证抗震设计规范的可操作性，因为它与设计人员在工作中的规范性以及设计的合理性都密切相关。当设计规范的可操作性比较差时，设计人员在实际工作中非常容易出现设计偏差，由其完成的抗震设计难以满足相关的要求和标准，导致整个桥梁结构的抗震能力较低，因此，设计人员在工作中需要确保设计的规范性，做好对细节的处理，以促进桥梁结构抗震能力的提高。

结语

综上所述，虽然我国在桥梁抗震方面已经取得显著效果，但是还是会存在很多没办法解决和描述的问题，更加不能与发达国家的先进技术相比。所以就需要我们的科研人员不断进行地震模拟实验，依据实验数据提高桥梁的抗震能力，相信在所有科研人员的不懈努力之下，桥梁抗震设计必定会有重大突破。

参考文献

[1]曾志平.桥梁抗震设计规范的现状与发展趋势[J].城市建筑，2013（10）：247-247.

桥梁抗震篇10

关键词：桥梁工程抗震设计

中图分类号：S611文献标识码： A

正文：

随着经济的发展，桥梁结构在不同水准地震作用下的抗震设防要求不断提高，桥梁抗震由原来的单一设防水准一阶段设计逐渐发展为双水准或三水准设防两阶段设计、三阶段设计，以及基于性能的多水准设防、多性能目标准则的抗震设计。这就要求工程师深入理解桥梁抗震设计规范。

1抗震设防标准

抗震设防标准是抗震设计的依据，桥梁抗震设计应首先确定抗震设防标准。桥梁抗震设防标准是根据地震动背景，为保证桥梁结构在寿命期内的地震损失不超过规定的水平，规定桥梁结构必须具备的抗震能力[1]。现行桥梁抗震设计规范[2-3]对抗震设防标准只作了笼统的定性描述，针对这种现状，本文对桥梁抗震设防标准作系统的阐述。

（1）对于地震动背景的考虑，定义3种桥梁抗震设防水准,设防水准Ⅰ：重现期约为50～100年或25年的地震作用，超越概率约为50年63％～39％或86.4％，即“小震”；设防水准Ⅱ：重现期约为475年的地震作用，超越概率约为50年10％，即“中震”；设防水准Ⅲ：重现期约为2000年的地震作用，超越概率约为50年3％～2％，即“大震”。（2）对于地震损失的考虑，定义3种桥梁抗震性能目标，性能目标Ⅰ：一般不受损坏或不需要修复可以继续使用，结构完全保持在弹性工作状态，即“不坏”；性能目标Ⅱ：可发生局部轻微损伤，不需修复或经简单修复可以继续使用，结构整体保持在弹性工作状态，即“可修”；性能目标Ⅲ：应保证不致倒塌或产生严重的结构损伤，经临时加固后可供维持应急交通使用，即“不倒”。（3）为实现桥梁抗震设防目标，对截面进行纤维单元划分(见图1)并进行数值计算，利用墩柱截面的弯矩―曲率曲线（见图2），定义相应于各性能目标的验算准则。验算准则Ⅰ：M

图1截面纤维单元划分图

图2弯矩－曲率曲线

通过对梁抗震设防水准、抗震性能目标和验算准则的系统分析，归纳出方便工程设计的各设防类别桥梁的抗震设防标准。

2隔震周期

现行桥梁抗震设计规范均要求，减隔震设计的桥梁基本周期应为非减隔震设计的桥梁基本周期的2倍以上。实际工程设计时，必须明确这2种周期的定义，才能保证设计的可靠性。

2.1规范研究

日本规范[4]对“减隔震设计的桥梁基本周期应为非减隔震设计的桥梁基本周期的2倍以上”解释为：采用减隔震支座的桥的固有周期比不采用减震支座桥固有周期的2倍短，变形就有可能不集中于减隔震支座而集中于下部结构，减震支座就不能有效地发挥作用。其中不采用减隔震支座桥的固有周期是把所有支座都看作固定支座时桥的固有周期。采用减隔震目的是使得减隔震装置充分发挥其隔震耗能的作用，降低桥梁结构的地震响应。而要实现这个目的，一方面是尽可能延长结构周期以避开场地地震能量集中的频谱区段，另一方面就是使桥墩的刚度尽可能远大于隔震装置的等效刚度，这样就使得变形主要集中于减隔震装置。采用了减隔震装置的桥梁即为减隔震桥梁，设置“板式橡胶支座”的桥梁属于隔震桥梁，板式橡胶支座能提供柔性，设置“铅芯橡胶支座”的桥梁也属于隔震桥梁。

2.2工程案例

某规则桥梁为5×25m先简支后连续T梁桥，桥面宽度为12m，桥面铺装为10cm厚沥青混凝土+8cm厚C50混凝土，采用墩高10m的1.4m×1.4m双柱矩形墩，主梁采用C50混凝土，墩柱、盖梁采用C40混凝土，墩柱受力钢筋采用HRB335钢筋。桥梁有限元模型见图3。比较“固定铰支座”、“板式橡胶支座”、“铅芯橡胶支座”3种支座方案的结构自振特性，基本周期对照见表2。通过对比，3种支座方案结构基本振型均为纵飘，方案1（非隔震方案）基本周期为0.8158s，方案2和方案3（隔震方案）基本周期分别为1.3295s和1.6675s，隔震方案的隔震效果较明显，尤其是采用弹性刚度较小的铅芯支座方案的基本周期达到非隔震的2倍以上。

图3桥梁整体有限元模型

2.3设计建议

隔震是相对非隔震而言的，非隔震桥梁指桥梁所有桥墩与梁体采用铰接（桥墩处墩梁无相对线位移），隔震桥梁指桥墩部分或者全部采用隔震支座，如板式橡胶支座、铅芯橡胶支座等（桥墩处墩梁产生相对线位移）。非隔震桥梁的基本周期反映桥梁总质量和桥墩本身的刚度，隔震桥梁的基本周期反映桥梁总质量和支座与桥墩的串联刚度。隔震支座作为结构一部分，其刚度影响桥梁的整体刚度，而且隔震支座的刚度较小，所以隔震桥梁的基本周期比非隔震桥梁的基本周期大。抗震设计时，希望尽量延长周期，当然不是越长越好，达到一个合适的刚度是设计的目标。研究发现当加入隔震支座后桥梁周期延长到原来非隔震周期的2倍或2.5倍时，支座刚度是合适的，日本规范认为这样的隔震支座设计达到了较好的隔震率。我国城市桥梁抗震规范，认为这种隔震方案可以近似采用单自由度简化计算，而在公路桥梁抗震设计细则中，相关条文没有明确解释。

3墩柱斜截面抗剪强度

在地震过程中，当桥墩出现了塑性铰，进入了弯曲延性工作状态后，塑性铰区域内弯剪裂缝宽度增加，使得骨料咬合所能传递的剪力降低。因而在设计公式中对于塑性区域应当包含弯曲延性对剪切强度的折减。墩柱斜截面抗剪强度计算机理一般都采用拱－桁架理论，其计算公式组成大致分为如下2种：（1）考虑混凝土提供的抗剪能力Vc和箍筋提供的抗剪能力Vs，Vn=Vc+Vs，目前各国规范（如美国加州规范[5]）基本都采用此种形式；（2）考虑混凝土提供的抗剪能力Vc、箍筋提供的抗剪能力Vs及轴向力提供的抗剪能力Va，Vn=Vc+Vs+Va。我国现行公路桥梁抗震设计规范只给出了墩柱塑性铰区域沿顺桥向和横桥向的斜截面抗剪强度，采用了Vn=Vc+Vs的形式，具体公式为：

（1）式（1）的局限性主要表现在：（1）该公式主要是针对实心矩形和实心圆形截面，薄壁空心截面的约束混凝土的面积相对较少，空心薄壁截面和实心截面在水平地震力作用下的抗力机制是不同的，空心截面剪力流的传递类似于薄管截面，依赖于翼缘宽厚比；（2）该公式主要针对墩柱塑性铰区域内抗剪验算，未进入塑性的墩柱直接采用上述抗剪计算公式不妥。目前，国外对于桥墩在地震作用下的抗剪强度计算公式有比较多的研究成果，Myoungsu等人对7个1/4比尺矩形空心薄壁柱进行了试验研究，推导出矩形空心薄壁截面的抗剪强度计算公式：

如果墩柱未屈服，《公路桥梁抗震设计细则》JTG/TB02-01―2008里的公式过于保守，可以参考美国加州规范[5]的抗剪强度计算公式：

4结语

我国公路桥梁抗震设计为双水准两阶段设计，现行桥梁抗震设计规范对抗震设防标准、隔震周期及墩柱抗剪强度阐述比较笼统。本文通过研究国外先进抗震设计规范，并进行工程实例验算，探讨了桥梁抗震设防标准，就目前国内关于墩柱抗剪强度计算的问题，改进了验算方法。

参考文献

［1］叶爱君.桥梁抗震［M］.北京:人民交通出版社,2011.

［2］JTG/TB02-01―2008公路桥梁抗震设计细则［S］.