大跨度桥梁抗震设计方法

大跨度桥梁抗震设计方法

发表时间：2018-05-22T10:44:07.397Z 来源：《基层建设》2018年第6期作者：赵明剑王斌

[导读] 摘要：地震灾害的发生往往造成房屋倒塌、道路中断、桥梁破坏、人员伤亡等严重破坏，产生的次生破坏造成的经济损失更是巨大。

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摘要：地震灾害的发生往往造成房屋倒塌、道路中断、桥梁破坏、人员伤亡等严重破坏，产生的次生破坏造成的经济损失更是巨大。以目前科技水平而言，地震尚无准确预测和控制手段；而地震的发生又是不可避免的，而我国又处于世界上两个最活跃的地震带上，因此在大垮度桥梁结构设计中研究抗震分析对地震灾害的预防是有十分重要的意义。本文主要对大跨度桥梁抗震设计方法进行了总结，着重于工程的实际可操作性和细节的处理。

关键词：大跨度；桥梁抗震；设计方法

抗震设计在大跨度桥梁建设过程中是非常重要的一个环节，抗震设计的合理与否对桥梁的整体抗震性能有着决定的作用。所以，在抗震设计过程中，要善于总结相关经验，分析各种震害特点，不断加深对地震机理的认识和研究，结合建设桥梁的实际功能特点，努力探究大跨度桥梁的抗震设计方法，并应用桥梁抗震加固技术，进一步提高桥梁的抗震性能，以减轻或避免震害。

1大跨度桥梁抗震设计状况

与中等跨度桥梁相比，大跨度桥梁的地震反应相对比较复杂，所以其抗震设计的难度也不断增大。例如高阶振型的影响较大，同时还要对多点激振、行波效应等进行充分的考虑。对于大跨度桥梁的抗震设计，具有一定的复杂性、系统性和综合性。大跨度桥梁的反应存在多变性，因此，导致抗震设计也是多样性。在当前的桥梁设计规范和规定中，很多内容是针对中等桥梁制定的，而对于大跨度桥梁的抗震方面，尚属于发展的前期阶段，很多问题需要得到全面、积极的解决。JTJ004-89《公路工程抗震设计规范》规定地震烈度7度以上地区的新建桥梁都必须设计抗震设防，在桥梁抗震设计中普遍采用“小震不坏、中震可修、大震不倒”的分类设防原则。

2在地震中桥梁较易产生破坏的位置及其原因

2.1上部结构的震害

桥梁的上部结构在地震中出现损坏是比较常见的损坏主要有三种类型：分别是碰撞损坏、移位损坏和自身损坏。由于上部结构承受自身重力荷载和使用荷载，设计时按照弹性设计，在抗震设计中通常也设计为较强的环节。因此地震中上部结构基本上可以保持弹性。上部结构由于自身强度不足引起的破坏仅仅是局部的。就一般而言，上部结构的损伤引起桥梁倒塌的可能性不大。与主梁破坏相比之下，上部结构中支座破坏却是较为常见。上部结构的地震惯性力主要是通过支座传递到下部结构上，当支座传递的荷载超过支座的设计强度时就有可能产生支座破坏，即地震过程中，桥梁支座将承受很大的剪力和变形，当剪力超锚栓的强度后，描栓破坏，或者支座变位超过活动支座的允许值，使得桥梁倾斜或者支座错位。支座一旦发生破坏，梁体无约束活动节点处的位移极有可能超出支座长度范围，发生落梁破坏或者由于支座失效后，主梁横向震动时，抗震挡块设置不甚合理没能够有效的防止落梁发生。

2.2地基

地基土（如饱和粉细纱和饱和粘沙土）的地震液化影响，同样加大了地震位移的影响，进而放大了结构的振动反应，使落梁的可能性增大。当采用排架桩基础时，则使桩基的承载力降低，从而造成与地震反应无关的过大的竖向和横向位移，而简支梁桥对此尤为明显。另外，由于地基软弱，地震时当部分地基液化失效后引起了结构物的整体倾斜，下沉等严重变形，进而导致结构物的破坏，震害较重。

2.3墩柱破坏

墩柱是桥梁抗侧向力的主要构件，因此墩柱的破坏是最普遍的。墩柱破坏的主要表现形式有：弯曲强度不足、弯曲延性不足、纵筋搭接区的抗弯能力以及剪切强度不足等。墩柱的破坏往往引起一系列的连锁反应，如落梁、整个结构的倒塌等。而落梁对墩台侧壁的撞击又对下部结构造成新的破坏。

3大跨度桥梁的抗震设计方法

大跨度桥梁的抗震设计，具有实践性的要求，严格按照桥梁周围的环境及自身需求，规划抗震的方案。分析大跨度桥梁的抗震设计，如下：

3.1概念设计

大跨度桥梁工程中，涉及到锚固、索结构等多项技术，先要规划出大跨度桥梁的抗震设计，再安排抗震加固措施。概念设计在大跨度抗震中，有利于提高结构抗震的水平，决定了桥梁抗震的水平。概念设计与抗震计算，同属于大跨度桥梁抗震设计中的措施，而概念设计，起到关键性的作用，其可根据大跨度桥梁各部分的关系，设计出抗震的措施，促使桥梁抗震具有可实施的特性，而且概念设计还能评估大跨度桥梁对地震的评估能力，致力于设计出优质的抗震结构，设计人员可以根据概念设计，灵活的更改抗震设计的方式，促使抗震设计更加符合大跨度桥梁的实际情况。

3.2延性抗震设计

首先，结构延性定义：表示结构从屈服到破坏的后期变形能力，是结构能量耗散能力的主要度量。

其次，延性抗震设计的分类：a）上部、基础弹性，墩柱延性设计；b）墩柱、基础弹性，上部结构延性（钢桥）；c）墩柱、基础、上部结构弹性，支座弹缩性――减隔震设计（在后节中介绍）

最后，墩柱结构构造措施：墩柱潜在塑性铰区域内加密箍筋的配置：a）加密区的长度：弯曲方向截面宽度的1.0倍，超过最大弯矩80%的范围；b）加密箍筋的最大间距：10cm或6ds或b/4；c）箍筋的直径不应小于：10mm；d）螺旋式箍筋的接头必须采用对接，矩形箍筋应有135度的弯钩，并深入核心混凝土之内6cm以上；e）加密区箍筋肢距：25cm；f）墩柱的纵筋应尽可能延伸至盖梁或承台的另一侧面，塑性铰加密区域的箍筋应该延续到盖梁和承台内，延伸到盖梁和承台的距离不应小于墩柱长边尺寸的1/2，并不小于50cm。

3.3桥梁减、隔震设计

减、隔震技术是简便、经济、先进的工程抗震手段。减、隔震装置是通过增大结构主要振型的周期使其落在地震能量较少的范围内或增大结构的能量耗散能力来达到减小结构地震反应的目的。在进行抗震设计时，要根据结构特点和场地地震波的频率特性，通过选用合适的减隔震装置、相应参数以及设置方案，合理分配结构的受力和变形。一方面，应将重点放在提高吸收能量能力从而增大阻尼和分散地震