桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法

桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法

摘要：桥梁建设对交通发展具有重要意义，随着我国经济的发展，交通也在

不断进步，桥梁建设的重要性也愈发突出。目前，国内外对于大跨度桥梁的研究

主要集中在桥梁地震反应特性方面，鲜有对桥梁结构桥梁抗震与抗风设计的研究。对于桥梁而言，其抗震、抗风性能直接影响使用质量，特别是近年来地震等自然

灾害频繁发生，桥梁抗震、抗风设计更为重要，文章主要对当前桥梁抗震、抗风

设计理念及方法进行了探讨，以便于设计人员合理运用桥梁设计思想。

关键词：桥梁抗震；抗风设计理念；设计方法

1桥梁抗震与抗风设计的重要性

桥梁是连接两个地方的重要交通工具，其抗震和抗风设计的重要性不言而喻。在地震和台风等极端天气情况下，桥梁的结构易受到破坏，给行车和行人带来严

重威胁。因此，桥梁设计时必须考虑到地震和风的影响。对于抗震设计，首先需

要了解地震对桥梁的影响。地震会产生地震波，对桥梁的结构造成冲击和剪切力，导致桥梁发生破坏。因此，需要在设计中考虑地震波的频率、振幅和持续时间等

因素，制定合理的抗震设计方案。这些方案可能包括使用抗震材料、增加支撑和

加固结构等方法，以提高桥梁的抗震能力。对于抗风设计，桥梁结构也需要考虑

到风的影响。风力会对桥梁施加压力，导致结构失稳和破坏。因此，需要在设计

中考虑风的速度、方向和频率等因素，制定合理的抗风设计方案。这些方案可能

包括使用抗风材料、增加支撑和加固结构等方法，以提高桥梁的抗风能力。

2桥梁抗震设计理念与方法

2.1场地选择

除了要通过对地震危险性进行的分析选择安全度较高的厂址，还要充分考虑

地区范围内场地选择。对此应遵循以下各项基本原则：不选择地震发生后产生失

效的场地，优先选择坚硬的场地。在地基达到稳定的基础上，还应充分考虑桥梁

结构和地基之间的振动特性，尽可能减少共振可能造成的影响。对于软弱地基，

在设计过程中要注意保证基础整体性，避免地震造成不均匀变形现象发生。

2.2结构体系整体性与规则性

桥梁有良好的整体性，其上部结构必然保持连续。良好的整体性能有效防止

结构构件因受到地震作用而产生掉落，并且这也是使结构最大限度发挥出应有空

间作用的前提条件。不论在平面或在立面，结构布置都应使几何尺寸、质量与刚

度达到均匀、对称和规整，防止突然变化。

2.3能力设计原则

传统的设计思想提出，良好的设计应能使结构不同构件有相近的安全度，也

就是结构中不能有薄弱环节存在。然而，因结构不同构件有不同的重要程度，这

种传统的设计思想不完全适用，特别是对抗震结构而言。而能力设计思想注重的

是强度安全度存在的差异，也就是在不同构件与破坏模式之间找出强度安全度及

其存在的差异。根据这种差异，保证结构在受到大地震作用后能以延性的方式作

出反应，避免脆性破坏。在我国过去的抗震设计过程中，大多采用以下几种设计

思想：强柱弱梁、强剪弱弯和强节点弱构件，该思想实际上就是能力设计原则主

要体现。

2.4多道抗震防线

通过抗震设计应能使桥梁整体成为一个可提供多道抗震侧力的结构体系，在

受到强地震作用后，如果一道防线被突破，应能有第二道防线继续支撑整个结构，防止结构倒塌。基于此，超静定结构必然优于类型一致的静定结构。而对建筑结

构而言，桥梁在此方面可充分利用的空间一般并不大。

2.5抗震概念设计

对于桥梁抗震设计，主要包含以下两方面范畴，即概念设计与参数设计。其中，概念设计指的是从概念角度入手确定抗震决策；而参数设计指的是通过计算

和验算等给出具体的抗震决策。长时间以来，设计人员开始认识到尽管计算得如

此精确，只要结构方案不合适，或构造措施不合理，仍然无法达到预期的抗震水

平和能力，这使得相关领域的人员开始认识到概念设计的重要意义。但需要注意，概念设计与参数设计往往相辅相成，要想保证最终的抗震设计效果，必须对概念

设计引起足够的重视，对抗震设计思想进行灵活运营，不可盲目计算。

2.6提高结构延性

地震发生时造成的剪切破坏是导致桥梁结构产生致命破坏的主要原因，该破

坏形式较为多见，是典型的脆性破坏。基于此，对结构延性进行改善是提高桥梁

结构自身抗震性能的关键所在，必须引起设计人员的高度重视。为有效提高桥梁

中抵抗惯性力影响的能力，避免结构发生损伤后造成倒塌，对桥梁的钢筋混凝土

结构而言，可采取下列措施来改善结构延性：提高套箍效应、防止脆性剪切破坏

发生和对损失截面进行严格控制。

2.7减隔震措施应用

减隔震是指充分利用结构自身振动周期特性与阻尼特性来有效减轻地震荷载，也就是通过提高阻尼与长周期化来吸收地震给结构施加的能量，进而降低地震荷

载强度。就目前来看，已经出现很多减隔震措施，较为常用的有高阻尼叠层橡胶

支座、铅芯橡胶支座、滑动支座与各类阻尼装置等，同时都已经在抗震设计过程

中得到广泛应用。尤其是前两者，在很多国家的抗震设计领域都实现了广泛普及。

3桥梁抗风设计理念与方法

在设计的抗风设计过程中，需要注重以下几方面理念和方法。（1）在桥梁

设计确定的使用年限之内，在桥梁所在位置可能产生的最大风速条件下，桥梁主

体结构不能产生可造成损毁的自激发散振动。（2）在桥梁设计风荷载和其它类

型作用的影响下，结构必须具备足够的抵抗强度与刚度，同时不能产生静力失稳

的现象。（3）对于结构自身的非破坏性风致振动，其振幅不能超过保证行车安

全的极限值，同时还应尽量减小结构疲劳与对行车舒适性造成的影响。（4）在

自然风作用下会产生风致振动，对此在实际的抗风设计过程中应确保导致会造成

危险的驰振或颤振发生的临界风速和桥梁设计风速比较有充足安全度，只有这样

才能保证结构在不同阶段都表现出应有的抗风稳定性。此外，还应将涡激共振与

抖振均控制在允许范围之内，防止结构疲劳或人感不适。如果桥梁制定的最初方