桥梁抗震问题分析研究

桥梁抗震问题分析研究

摘要：在过去的这些年中，地震带来的灾害不言而喻，地震中交通中断直接影响了一切工作的正常进行，更大化的扩大了灾害的损失，使得人民的财产和安全受到巨大危机。这对人类带来的不只是巨大的代价，更多惨痛的教训，不断警示世人对于桥梁抗震问题需高度重视。本文叙述了桥梁抗震理论中的分析方法、当今抗震行列的现状以及对于桥梁抗震问题的一些控制措施等，并对于我国抗震前沿的展望提出了期待。

关键词：桥梁抗震研究分析

中图分类号：k928.78 文献标识码：a 文章编号：

1. 引言

在我国过去的这些年里，发生了多次重大地震，给人民带来了不小的灾难。例如：1966 年，河北邢台大地震；1970 年，云南省通海地震；1973 年，炉霍发生地震； 1975 年海城地震以及1976 年唐山发生的大地震中交通运输受到了严重损害，唐山地震中这表现的更为严重更为明显。

76年唐山大地震震级7.8 级，震中位于唐山市区的东南部位，震源在地面下11km处。在这次地震中，桥梁的破坏情况十分严重。桥梁是交通的咽喉，地震发生后，交通阻塞，在去往唐山市区实施救助的道路上，交通彻底瘫痪，使得物资和救援极大受阻，以至于人员伤亡惨重。唐山大地震是中国桥梁抗震史上的一个转折点，从此以后，我国对于桥梁的抗震提出的高度的重视，不仅于此，在以

后的建设中，对于抗震问题也提出了更高的要求。

2. 国内外桥梁抗震研究现状

1971年，美国san fernando 发生大地震，此后，美国学者就地震对结构的影响进行研究和探索，研发出了一系列关于地震反应对于建筑结构设计的计算方法，其中包括：反应谱法，时程分析法、随机震动法等等地震反应的计算研究方法。日本是多地震国家，对于地震的研究有较为前沿的作为，日本在简直梁体系上做了大量的减隔震技术，采取高阻尼支座实现对于桥梁的减震效应。我国对于工程结构抗震研究起步较晚，但是进展的很快。以唐山大地震为转折点，在之后历次地震震害之后，于 1989 年颁布了《公路工程抗震设计规范》，2008 年在汶川地震后又颁布了《公路桥梁抗震设计细则》，并且提出“两水平设防、两阶段设计”的抗震设防标准，而且对于延性的设计、位移设计、能力保护设计以及减隔震等设计都提出了十分明确的计算方法和构造规定。

3. 桥梁抗震问题研究方法

学者们从多次地震中获得经验，研究出了对于桥梁抗震设计新的方法和设计理论，桥梁的抗震设计在实践中得到改进和发展，这具体体现在从开始的单一强度的控制发展到了强度加位移双指标

的控制，进而发展到如今的多指标综合控制。现阶段对于抗震指标的研究主要有基于强度、位移、性能、延性和能量等方面指标的表述。因此产生了四种确定性地震反应分析的方法，即静力法，反应谱法，动态时程分析法和随机振动法。

3.1 静力法

这种研究方法于1899年，由日本大房森吉提出。静力法研究是以地震荷载作用代替结构在地震强迫振动下的外部荷载，将地震中的加速度看作结构破坏的单一因素，这种假设具有很大的局限性，这是因为这样就忽略了结构的动力特性，而这是只管重要的。只有在结构物的固有频率比地面运动频率大很多时，建筑结构物在地震发生时才可能不产生变形，进而才能被当作刚体，静力法才能成立。静力法大部分应用于挡土结构和桥台的抗震设计之中。

3.2 反应谱法

于1941年，反应谱的概念由bito提出，并且向世界展示了第一个弹性反应谱。从40年代的末期到50年代的初期，世界上一些学者在计算了大量反应谱的基础之上，提出基于反应谱之上的结构的抗震理论。这种理论建立于3个假设之上：其一、结构在各支撑之处所受的荷载是相同的；其二、结构物在地震响应是线性的；其三、结构物最不利的地震响应为最大地震响应，与其他参数无关。反应谱理论概念简单，计算方便，能够以较少的计算获得最大的反应值，但是，这种方法只适用于线弹性结构体系。

3.3 时程分析法

为了避免反应谱法的局限性，一种新的研究方法于上世界60年代后期被提出——时程分析法。这种分析理论可以得出结构在地震作用下的响应的时程，更为详细的了解了结构在整个地震过程中的结构响应，而且同时可以反映出地震的振幅、频率以及对结构响应

的影响，这种方法是目前桥梁抗震分析最为理想的工具。

3.4 随机振动法

在随机振动法计算中输入、输出均为统计量，对于具体的地震时程没有依赖作用，因此，随机因素对于结构的响应特性的影响很小，更重要的是，这种方法于可靠度理论相适应，对于结构的抗震性能的分析，能够做出定量的评价，而且随机震动法看适用范围更为广泛，但是其缺点就是：工作量大。

4. 现桥梁抗震加固技术

传统的结构抗震设计中，一般通过增大结构的界面尺寸、提高配筋率、采用高强钢筋等方法来提高结构的抗震延性性能。然而研究发现，结构在地震过程中的损伤或者破坏是不能完全避免的，在地震中破坏的结构维修费用也很高。

我国工程院院士王光远将结构震动控制的概念引入中国，继而开展了各种科学研究，例如：耗能减震、主动控制、半主动控制等方向研究。并将所研究内容应用于了具体的工程中。目前，在桥梁抗震领域应用较多的是采用隔振技术和改变结构动力系统而研制的阻尼器（或减震器）。对于桥梁减震效果上，橡胶支座于1965年被研究，并投入使用，这种支座对于结构抵抗地震的作用上效果并不能达到令人蚂蚁的效果，尤其是在大跨度桥梁上，其抗震效果更为微弱。而上文提及的主动控制又需要系统长期的可靠性和电力等能源的供应，这一点在地震发生之时并不能得到有利保证。

这种阻尼器的设计、制作、安装的技术难度都很大，价格也比

较昂贵，而且养护成本和安装技术的要求也很高。以上这些因素都可能导致控制装置在地震、台风等灾难性荷载作用过程中来不及发挥应有的作用，从而使结构物破坏和生命财产损失，所以，对于新材料的研制与应用在国内外都具有广阔的前景。

5. 展望

地震灾害给人类带来了灾难，但同时也敲响了悬在人类头上的警钟。使得我们不得不提高地震作用对于建筑结构，尤其是桥梁结构的影响。而现在，对于桥梁上抗震设计的研究分析方法有很多种，各有有缺，但其中一大部分是基于计算机的程序化的计算。对于实际的工程，应分而视之，不同的项目应对应采取不同的设计方法。在当前的桥梁抗震设计中最为常用的是反应谱法和动力时程分析

方法，但是对于大跨度桥梁结构而言，应进行动力时程分析方法，考虑桩、土互相作用所产生的地震响应，以保证桥梁的安全性。被动减震系统——阻尼器的应用存在技术上和经济上的难题，对于新型材料的研制与应用前景广阔。

参考文献

[1] 叶爱君.桥梁抗震[m].北京:人民交通出版社,2002.

[2] 范立础.桥梁延性抗震设计[m].北京:人民交通出版

社,2001.

[3] jtj004289,公路桥梁抗震设计规范[s].

[4] 陈彦江,袁振友,刘贵.美国加利福尼亚州桥梁震害及其抗

震加固原则和方法[j].东北公路,2001(1).