桥梁震害及抗震设计方法概述
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它假设结构物各个部分看作与地震动具有相同的振动。 此时，结构物上只作用着地面运动加速度 δ·g· 乘上结构物质
量 M 所产生的惯性力，把惯性力视作静力作用于结构物做
抗震计算。用公式表示为：
F
=
δ·g··M
=
δ·g··
W g
= K·W
W 为结构物各部分重量；
g 为标准自由落体加速度；
K 为地面运动加速度峰值与标准自由落体加速度 g 的
·工 程 结 构·
桥梁震害及抗震设计方法概述姜全成（ 山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南 250101）
【摘 要】 在诸多自然灾害当中，地震是造成桥梁破坏的主要因素之一。文章首先介绍了桥梁的主要 震害，然后对目前主要的抗震设计理论进行了阐述，最后指出了桥梁抗震的发展趋势： 由基于强度的抗震设 计理论发展为基于性能的抗震设计理论。
1 桥梁震害
地震具有突发性，其持续时间短而释放的能量大。1971 年美国圣费南多地震，1976 年中国唐山地震，1989 年美国洛 马普里埃塔地震，1994 年美国北岭地震，1995 年日本神户地 震，1999 年中国台湾集集地震，1999 年土耳其 Kocaeri 地震， 2008 年中国汶川地震等对桥梁结构造成了很大破坏。通过对 地震后桥梁破坏状况的大量调查研究，发现桥梁震害主要有 以下四个方面： （ 1） 桥梁上部结构的震害。这种震害相对少 见，主要发生在地基和施工质量较差的情况。（ 2） 支座的震 害。支座是桥梁整体抗震中的薄弱环节，主要原因是支座设 计没有充分考虑抗震的要求，构造上连接与支挡等构造措施 不足，某些支座型式和材料的缺陷等。（ 3） 落梁的震害。落梁 大都发生在顺桥向，横桥向的落梁较少见。主要原因有： 桥台 倾斜或倒塌、河岸滑坡、地基下沉、桥墩破坏、支座破坏、梁体 碰撞、相邻墩发生过大相对位移等。（ 4） 下部结构和基础的震 害。下部结构和基础的严重破坏是导致桥梁倒塌，并在震后 难以修复使用的主要原因。桥梁墩台因为沙土液化、地基下 沉、岸坡滑移或开裂引起的破坏很难采用加强它们的抗震能 力来避免，应该在桥址、桥型、结构布置选择上加以避免。
比值。
静力法的主要缺点是把地震动加速度视为地震破坏的
唯一因素，忽略了结构的动力特性。只有当结构物的基本固
有周期远小于地面运动的卓越周期时，结构物在地震振动时
才可以被视为刚体，静力法才能适用，超出这个范围，就不可 能适用［1］。
2．2 动力反应谱法
1948 年 G． W． Houser 提出基于反应谱理论的抗震计算
3 桥梁抗震设计方法的发展
早期的结构抗震理论采用的是静力法，忽略了结构和场 地土的动力特性，是一种基于强度控制的一阶段抗震设计方 法。后来的反应谱理论虽然引入了结构综合影响数 Cz 来考 虑结构延性的影响，但从根本上仍然是以强度控制为主。一 阶段抗震设计方法的根本缺陷是没有正确考虑结构延性对 抗震的贡献，给人一种只要增加结构强度就能提高结构抗震 能力的错觉。动力时程法使桥梁抗震由单纯由强度控制转 为强度和延性共同控制，并且可以考虑非线性、结构 － 基础 － 土的共同作 用 等，为 二 阶 段 结 构 抗 震 方 法 的 建 立 提 供 了 基 础。结构二阶段抗震设计的思想通过三水准二阶段的设计 来具体实施。三水准是指： 小震不坏、中震可修、大震不倒。 二阶段设计是指： （ 1） 在多遇地震作用下，结构物保持不坏， 或允许轻度破坏，但经过简单维修后即可使用。此时结构处 于弹性工作范围，或少量进入塑性状态，以强度控制作为破 坏准则。（ 2） 在罕遇地震作用下时，允许结构发生塑性破坏， 但不能发生结构倒塌。此时结构处于塑性范围，以结构的延 性作为破坏准则。
的动力法。地震振动反应谱是指位移反应谱、拟速度反应谱
和拟加速度反应谱。应用反应谱理论计算地震力的公式为：
P = m·| δ·g· + y·· | max
| = m·g
δ·g·
|
max
| ·
g
δ·g· + y·· | max | δ·g· | max
= kH ·β·W
g 为标准自由落体加速度；
W 为体系的总重量；
kH 为水平地震力系数 kH
=
|
δ·g· | max ； g
β 为动力放大系数 β
=
|
δ·g· + y·· | | δ·g· | max
max
。
为了考虑结构的延性耗能作用，引入了结构综合影响系
数 Cz ，则地震力计算公式变为： P = Cz ·kH ·β·W 2．3 动力时程法
直接输入地 震 加 速 度 时 程 作 为 地 震 荷 载，即 动 力 时 程
【关键词】 桥梁震害； 设计理论； 基于强度的抗震设计； 基于性能的抗震设计
【中图分类号】 U442．5+ 5
【文献标志码】 A
地震、风、船舶撞击等因素都会引起桥梁的振动破坏甚 至倒塌。事实 证 明，世 界 上 由 于 地 震 袭 击 而 毁 坏 的 桥 梁 数 量，远多于风振、船撞等其他原因而破坏的桥梁。所以，我们 必须高度重视桥梁的震害，并通过抗震设计的方法减小地震 对桥梁的破坏。传统的抗震设计理论是基于强度进行设计， 而基于性能的抗震理论是桥梁抗震研究发展的方向。
对于桥梁的震害主要通过三个方面加以防范： （ 1） 规定 桥址与桥型的选择原则以及处理对策，从宏观上控制桥梁震 害的发生。（ 2） 通过对桥梁进行合理的抗震设计，增强其抗 震能力。（ 3） 提供各种构造措施的处理原则与方法加强结构 整体的抗震能力。
2 桥梁抗震设计方法
目前，桥梁抗震设计方法主要有以下三种。 2．1 静力法
法。地震加速度时程可以通过三种方法得到： 进行地震危险
［定稿日期］2018－06－08 ［作者简介］姜全成 （ 1980 ～ ） ，男，本科，工程师，主要从 事建筑结构设计工作。
四川建筑 第 39 卷 2 期 2019. 4
211
·工 程 结 构·
性分析，得到人工地震加速度时程作为地震输入荷载； 利用 结构物所在场地附近同类地质条件下的地震记录； 利用国际 上常用的地震加速度记录。地震波的输入形式一般采取同 步单点输入，必要时可以考虑不同步单点输入，或者同步、不 同步多点输入。每个输入点的地震加速度时程可以是相同 的或不同的［2］。
量 M 所产生的惯性力，把惯性力视作静力作用于结构物做
抗震计算。用公式表示为：
F
=
δ·g··M
=
δ·g··
W g
= K·W
W 为结构物各部分重量；
g 为标准自由落体加速度；
K 为地面运动加速度峰值与标准自由落体加速度 g 的
·工 程 结 构·
桥梁震害及抗震设计方法概述姜全成（ 山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南 250101）
【摘 要】 在诸多自然灾害当中，地震是造成桥梁破坏的主要因素之一。文章首先介绍了桥梁的主要 震害，然后对目前主要的抗震设计理论进行了阐述，最后指出了桥梁抗震的发展趋势： 由基于强度的抗震设 计理论发展为基于性能的抗震设计理论。
1 桥梁震害
地震具有突发性，其持续时间短而释放的能量大。1971 年美国圣费南多地震，1976 年中国唐山地震，1989 年美国洛 马普里埃塔地震，1994 年美国北岭地震，1995 年日本神户地 震，1999 年中国台湾集集地震，1999 年土耳其 Kocaeri 地震， 2008 年中国汶川地震等对桥梁结构造成了很大破坏。通过对 地震后桥梁破坏状况的大量调查研究，发现桥梁震害主要有 以下四个方面： （ 1） 桥梁上部结构的震害。这种震害相对少 见，主要发生在地基和施工质量较差的情况。（ 2） 支座的震 害。支座是桥梁整体抗震中的薄弱环节，主要原因是支座设 计没有充分考虑抗震的要求，构造上连接与支挡等构造措施 不足，某些支座型式和材料的缺陷等。（ 3） 落梁的震害。落梁 大都发生在顺桥向，横桥向的落梁较少见。主要原因有： 桥台 倾斜或倒塌、河岸滑坡、地基下沉、桥墩破坏、支座破坏、梁体 碰撞、相邻墩发生过大相对位移等。（ 4） 下部结构和基础的震 害。下部结构和基础的严重破坏是导致桥梁倒塌，并在震后 难以修复使用的主要原因。桥梁墩台因为沙土液化、地基下 沉、岸坡滑移或开裂引起的破坏很难采用加强它们的抗震能 力来避免，应该在桥址、桥型、结构布置选择上加以避免。
比值。
静力法的主要缺点是把地震动加速度视为地震破坏的
唯一因素，忽略了结构的动力特性。只有当结构物的基本固
有周期远小于地面运动的卓越周期时，结构物在地震振动时
才可以被视为刚体，静力法才能适用，超出这个范围，就不可 能适用［1］。
2．2 动力反应谱法
1948 年 G． W． Houser 提出基于反应谱理论的抗震计算
3 桥梁抗震设计方法的发展
早期的结构抗震理论采用的是静力法，忽略了结构和场 地土的动力特性，是一种基于强度控制的一阶段抗震设计方 法。后来的反应谱理论虽然引入了结构综合影响数 Cz 来考 虑结构延性的影响，但从根本上仍然是以强度控制为主。一 阶段抗震设计方法的根本缺陷是没有正确考虑结构延性对 抗震的贡献，给人一种只要增加结构强度就能提高结构抗震 能力的错觉。动力时程法使桥梁抗震由单纯由强度控制转 为强度和延性共同控制，并且可以考虑非线性、结构 － 基础 － 土的共同作 用 等，为 二 阶 段 结 构 抗 震 方 法 的 建 立 提 供 了 基 础。结构二阶段抗震设计的思想通过三水准二阶段的设计 来具体实施。三水准是指： 小震不坏、中震可修、大震不倒。 二阶段设计是指： （ 1） 在多遇地震作用下，结构物保持不坏， 或允许轻度破坏，但经过简单维修后即可使用。此时结构处 于弹性工作范围，或少量进入塑性状态，以强度控制作为破 坏准则。（ 2） 在罕遇地震作用下时，允许结构发生塑性破坏， 但不能发生结构倒塌。此时结构处于塑性范围，以结构的延 性作为破坏准则。
的动力法。地震振动反应谱是指位移反应谱、拟速度反应谱
和拟加速度反应谱。应用反应谱理论计算地震力的公式为：
P = m·| δ·g· + y·· | max
| = m·g
δ·g·
|
max
| ·
g
δ·g· + y·· | max | δ·g· | max
= kH ·β·W
g 为标准自由落体加速度；
W 为体系的总重量；
kH 为水平地震力系数 kH
=
|
δ·g· | max ； g
β 为动力放大系数 β
=
|
δ·g· + y·· | | δ·g· | max
max
。
为了考虑结构的延性耗能作用，引入了结构综合影响系
数 Cz ，则地震力计算公式变为： P = Cz ·kH ·β·W 2．3 动力时程法
直接输入地 震 加 速 度 时 程 作 为 地 震 荷 载，即 动 力 时 程
【关键词】 桥梁震害； 设计理论； 基于强度的抗震设计； 基于性能的抗震设计
【中图分类号】 U442．5+ 5
【文献标志码】 A
地震、风、船舶撞击等因素都会引起桥梁的振动破坏甚 至倒塌。事实 证 明，世 界 上 由 于 地 震 袭 击 而 毁 坏 的 桥 梁 数 量，远多于风振、船撞等其他原因而破坏的桥梁。所以，我们 必须高度重视桥梁的震害，并通过抗震设计的方法减小地震 对桥梁的破坏。传统的抗震设计理论是基于强度进行设计， 而基于性能的抗震理论是桥梁抗震研究发展的方向。
对于桥梁的震害主要通过三个方面加以防范： （ 1） 规定 桥址与桥型的选择原则以及处理对策，从宏观上控制桥梁震 害的发生。（ 2） 通过对桥梁进行合理的抗震设计，增强其抗 震能力。（ 3） 提供各种构造措施的处理原则与方法加强结构 整体的抗震能力。
2 桥梁抗震设计方法
目前，桥梁抗震设计方法主要有以下三种。 2．1 静力法
法。地震加速度时程可以通过三种方法得到： 进行地震危险
［定稿日期］2018－06－08 ［作者简介］姜全成 （ 1980 ～ ） ，男，本科，工程师，主要从 事建筑结构设计工作。
四川建筑 第 39 卷 2 期 2019. 4
211
·工 程 结 构·
性分析，得到人工地震加速度时程作为地震输入荷载； 利用 结构物所在场地附近同类地质条件下的地震记录； 利用国际 上常用的地震加速度记录。地震波的输入形式一般采取同 步单点输入，必要时可以考虑不同步单点输入，或者同步、不 同步多点输入。每个输入点的地震加速度时程可以是相同 的或不同的［2］。