桥梁抗震设计方法分析

桥梁抗震设计方法分析
发表时间：2019-08-12T09:59:12.983Z 来源：《防护工程》2019年9期作者：王宗健
[导读] 随着城镇化进程的加快，我国重要基础设施建设取得了显著的成效。

山东日照 276800
摘要：随着城镇化进程的加快，我国重要基础设施建设取得了显著的成效。

近几年来，地震监测与相关抗震技术的研究得到了较大地发展和突破，在抗震理论方面，也取得了较大的进展，相关的工程抗震设计规范也在此基础上得以更新和发展。

本文就桥梁抗震设计方法展开探讨。

关键词：桥梁抗震设计；方法；分析
引言
通常，地震的发生会带来很大的破坏，特别是交通，对于地震后的救援重建工作有很大影响。

桥梁对于救援非常重要。

所以，进行桥梁的设计时，抗震设计是极其重要的，特别是较易发生地震的地区，更应该加强重视。

1桥梁地震破坏现象
1.1上部结构损坏
地震作用通常会对桥梁的下部结构和支座造成损伤，对上部结构一般不会产生直接地损伤，总的来看对上部桥梁结构的直接损坏的现象很少。

1.2支座的震害
在整体抗震中存在着不少薄弱环节，其中支座因没有充分对抗震的要求予以考虑，在构造连接与支挡等构造上存在着不足，支座型式和材料上也存在着一定的缺陷等。

1.3落梁破坏
梁体水平移动的过程中，在长时间的作用之下，很容易出现落梁破坏现象，出现这种破坏现象的主要原因是梁体的位移偏大，桥梁结构的约束能力不断下降。

另当外界地震破坏力较大时，桥墩会出现较大的位移，引发严重的落梁破坏现象。

另外，桥梁结构支座容易出现破坏，影响桥梁结构的稳定性。

1.4对基础和下部结构的震害
地震中对基础和下部结构造成严重破坏会直接造成桥梁倒塌的情况出现，并且也难以进行修复再投入使用。

因沙土液化、岸坡滑移、地基下沉，以及开裂等情况，造成墩台的损坏，通过对基础及结构的抗震能力加强也难以有效避免，需要从结构布置、桥型以及桥梁位址等方面的选择上予以预防和避免。

2桥梁抗震设计的理论基础
目前桥梁抗震设计的破坏准则主要有：强度破坏准则，，即最大的地震应力达到结构的容许应力值；位移破坏准则，即以位移作为判断指标，桥梁结构在地震作用下最大的位移小于容许位移。

此外，还有延性破坏准则、能力准则、基于性能的破坏准则等。

目前使用最广泛的是延性破坏准则。

桥梁抗震设计的思想也从基于强度设计发展到基于延性设计，所谓基于延性设计，通过设置塑性铰，允许结构产生可控塑性变形，局部的次要构件产生可修复的破坏，一次消耗地震能，另一方面延长结构的周期，以减小地震效应。

其实现主要是通过设置塑性铰、对桥梁墩柱的配筋，包括纵向钢筋的配筋率，箍筋的配筋率以及搭接锚固，连接件的延性设计等实现。

目前对地震作用的分析方法根据确定性和非确定性分析方法，目前基于确定过程的确定性地震反应分析方法在各国得到了普遍的应用，包括静力分析法（弹性静力、非线性分析）、动力反应谱分析法（单振型、多振型、等效线性分析）、动力时程分析方法（弹性和非弹性），目前各国规范中多采用多振型反应谱分析法，采用动力时程分析法适合于复杂桥梁的设计计算。

3桥梁抗震设计方法
3.1静力法
静力法最早提出于日本，它主要是假设结构物和地震动能够有相同频率的震动。

根据动力学的角度，将地震中的加速度看成地震破坏的单一因素，这种认知存在着局限性，它忽略了结构的动力特性的特点。

结构的基本周期小于地面运动周期，且小很多的情况下,在地震中，结构物才可能在震动中不出现变形的情况，静力法才能够得以成立。

如果范围超出，就不能够应用此方式。

3.2动力时程法
地震加速度时程可设定为地震荷载，即动力时程法。

其主要通过三种方法获得:通过对地震危险性进行分析，得到人工地震加速度时程作为地震输入荷载;利用地质条件相同的，位于结构物所在场地附近的相关记录;通过常用的国际记录。

一般采取同步单点的地震波输入方式，不同步输入方式可在必要时予以考虑，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。

3.3反应谱法
反应谱的概念出现后,基于此理论的抗震计算动力法也应运而生。

根据“地震荷载”概念来看,这种方式相比静力法有一定的进步。

其主要是对作用地面加速度在单自由度系统基底上进行测量，其最大响应由系统的自振周期、动力输入以及阻尼来决定。

反应谱方法的概念很简单，存在着操作简单的优点、计算方便，能够通过最少的计算量，结构的最大反应值情况得以准确反映。

可是，反应谱只是一定范围内的情况，如果出现在强烈的地震中，这种情况下的塑性工作阶段，不能够直接的进行使用，可以看出，此种方法得到的是地震最大响应，对于结构在地震中的情况不能够反映出来。

4分析如何提高项目中的抗震设计
4.1设防目标
公路桥梁抗震设计规范，依据桥梁结构的重要程度和受损后修复的难易程度将桥梁分为四大类，将地震分为多罕遇地震和遇地震两级，并根据地震的破坏影响分为四个设防等级，即6度、7度、8度、9度设防，其中必须对设计进行多遇地震条件下的相应验算和计算，针
对A、B、C类，应进行罕遇地震下的相应抗震设计。

结合城市桥梁抗震设计规范，可以发现我国的桥梁抗震规范实际的设防目标是两个阶段的三个水准，所谓的两阶段是E1（多遇地震）下的第一阶段，E2（罕遇地震）下为第二阶段，而三个水准则为：桥梁结构有弹性变形，但没有塑性变形，没有破坏结构；第二水准为桥梁会在作用下出来弹塑性变形，但主体结构不会受损，其他构件可能会受到轻微损坏；第三个层次是主要部件的损坏可以修复，但非主要的部件产生大的破坏，但桥梁结构的变形是可控的。

我国抗震规范根据公路等级和桥梁规模将其分为四类，并且采用两阶段三水准的设防，在桥梁抗震设计中明确提出需要进行多遇地震、设计地震以及罕遇地震下的桥梁抗震设计，在罕遇地震下验算时，偏重于结构的强度，对延性设计仍需加强。

4.2桥梁结构的构造细节
虽然高速公路桥的抗震设计依旧存在着许多的问题，但是我国高速公路桥抗震设计的发展水平来讲，依旧无法通过定量手法进行快速的解决。

因此，根据以往地震受害的经验、抗震概念的设计和质量研究的结果，为使得桥梁构造物的抗震安全性得到保障，就需要进行详细的结构设计标准制定。

一些欧美等海外各国都注意到了桥梁构造物的抗震设计标准和规定制定的重要性。

但是，我国对于桥梁结构物的抗震设计方面的相关法律法规在尚不够充足。

4.3减震隔震设计
在相关抗震设计规范中关于减隔震设计内容较少，对其提出的具体的设计要求主要有：在设计中不宜进行减隔震设计的情况是桥址区地层不稳、桥梁的固有周期较长、或者场地土为软弱土时，如果延长结构的周期会有引起结构共振的可能性，也可能出现支反力为负值。

可以利用单振型反应谱分析而进行隔减震设计的要求是：活动断层与桥址之间的最小距离应大于15km；按照I、II、III类进行场地类型的设定，并保证场地的稳定性；隔震设施的等效阻尼比就小于30%；桥梁基本周期进行减震设计应保持高于不采用减震设计的基本周期，大约在2.5倍以上。

非线性动力时程法适用于上述条件的隔震设计均无法满足的情况。

欧洲桥梁抗震规范主要是对设置了特殊减隔震措施的桥梁进行设计，以降低水平地震作用的效应，通常通过延长结构的固有周期或者提高桥梁的阻尼实现。

结语
地震对桥梁的危害是巨大的，人类认识地震对结构破坏机理的道路是曲折的。

通过结构抗震工程师的不断努力，找到一种合理的结构抗震理论，提高结构抗震设计的安全性和经济性是人们正在不断追求的目标。

参考文献
[1]李国豪.桥梁结构稳定与振动(修订版)[M].北京:中国铁道出版社，2017.
[2]郭磊，李建中，范立础.直接基于位移的结构抗震设计理论研究进展[J].世界地震工程，2015，21(4):157－164.。