市政工程桥梁抗震设计要点总结

市政工程桥梁抗震设计要点总结

摘要：随着我国交通事业的不断发展,我国开始大力发展桥梁建设, 城市快速路系统中的大里互通式立交、跨线高架桥等不断涌现。作为城市交通工程中的重要组成部分，桥梁的总体规划必须将满足通行使用功能置于最优先的地位，经济性、景观性等各项其他指标评价都应在满足安全和使用功能前提下进行。自从汶川大地震后，市政桥梁在建设中对抗震性的设计要求越来越高，本文综述了我国抗震桥梁结构体系及震害，以及设计原则和标准，并提出抗震设计的措施。

关键词：市政工程；桥梁设计；原则；抗震

引言

随着我国城市化进程的加快,交通拥堵现象日益突出,许多城市纷纷修建城市快速路工程。城市快速路工程中通常含有大量的桥梁工程,但受地理条件的限制,高墩桥、矮墩桥、超宽桥、变宽桥、曲线梁桥等特殊桥梁所占比重较多。我国是世界上多地震国家之一,近十年来我国地震活动较频繁,因而城市抗震防灾尤为重要.市政桥梁属于生命线工程,对量大、面广的市政桥梁的抗震设计对策进行研究有着重要的工程应用价值和社会意义。目前我国的桥梁抗震设计理论和方法尚不完善,市政桥梁及铁路桥梁的抗震设计体现不一致,《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/TB02一01一2008)和《城市桥梁抗震设计规范))的部分规定条文可操作性不强,给桥梁抗震设计工作的开展带来一定的困难。

一、我国抗震桥梁结构体系及震害特点

我国大陆地区的中小跨径市政桥梁普遍采用简支梁桥、桥面连续或简支变连续梁桥的结构形式，在大震作用下，支座发生破坏或滑移后，桥梁传力路径往往被中断，传递到桥梁下部结构的惯性力大大减小。地震作用下桥梁下部结构不会发生严重损坏但应采用合理的防落梁措施。

四川汶川地震震后调查结果表明，中小跨径桥梁的主要震害现象为主梁移位，支座和挡块破坏。这主要是由于中国中小跨径桥梁基本采用板式橡胶支座，且支座上下没有锚固措施，在地震作用下较易发生摩擦滑移，板式橡胶支座摩擦滑移起到了保险丝式单元的作用，如图所示：

支座摩擦滑移

设置板式橡胶支座的桥墩由于墩梁间的摩擦滑移而使其受损程度较轻，下图中给出了汶川地震中百花大桥的震害图。

汶川大地震中百花大桥震害

百花大桥震害位于断层附近，由于搭接长度不足，并且没有采取合理的防落梁措施，导致落梁，但是未落梁部分桥梁的桥墩没有发生严重损伤，这主要是由于支座损坏后发生摩擦滑移，传递到下部结构的地震力大大减小，因此桥墩基本保持弹性或轻微损伤。

二、桥梁抗震设计原则

（一）、桥位的选择。桥位应选择地质坚硬的场地，如基岩、坚实的碎石类地基以及硬粘土地基的地方，要避开松软场地，如饱和人工填土、松散粉细砂、极软的粘土地基，以及不稳定的坡地都属于是危险地区，如果在这些地方建设桥梁，发生地震时可能使地基失效。

（二）、桥梁的选型。桥型的选择应结合具体的施工场地的环境，当地的地形、地质条件，工程规模以及震害经验都是桥梁选型所要考虑的，选择合理的桥梁型式以及墩台和基础型式，可能地采用经济合理的、技术先进的以及便于修复加固的结构体系。

（三）、桥孔的布置。要注意桥梁的刚度、体形简单、自重轻和质量分布均匀、重心低、便于施工的型式，要选择有利于抗震的等跨布置，尽可能地避免高墩与大跨的桥型。

三、桥梁抗震设防分类和设防标准

桥梁应根据路线等级及桥梁的重要性和修复（抢修）的难易程度，分为A 类、B类、C类、D类四个抗震设防类别。

（一）、各类桥梁的设防标准，应符合下列要求：各类桥梁在不同烈度下的抗震设防措施，应按下表规定的标准采用。

各类桥梁抗震措施等级

（二）、确定地震作用的基本要求

市政桥梁抗震要考虑的地震作用，应采用相应于所在地区设防烈度的设计基本地震加速度和反应谱特征周期市政桥梁抗震设防烈度和设计基本地震加速度取值的对应关系，应符合下表的规定。

抗震设防烈度和水平向设计基本地震加速度值A

（三）、荷载组合

市政桥梁抗震设计应考虑以下荷载：永久荷载，包括结构重力（恒载）、土压力、预应力、水压力；地震作用，包括地震动造成的地震土压力、地震作用、地震动水压力。荷载组合应包括：永久荷载+地震作用，组合方式应包括各种效应的最不利组合。

四、市政桥梁抗震分析方法

（一）、静力法

静力法即忽略地面运动特性与结构的动力特性因素，简单地把结构在地震时的动力反应看作是静止的，以地震惯性力作为地震荷载，并将此以外荷载的形式作用在结构上进行内力分析。

（二）、反应谱法

反应谱理论能够简单、正确地反映地震动的特性而且同时考虑了结构物的动力特性，它的计算原理为：

单自由度体系受到均匀地面激励时的运动方程为：

由此可得结构所受最大的地震力：

其中Kh、β、G分别为《公路工程抗震设计规范》中的水平地震系数、动力放大系数和结构总重。

（三）、时程分析法

时程分析法原理是通过记录的实际地震地面运动加速度数值进行抗震分析与设计的一种方法。时程分析法的计算原理为：

桥梁结构在各支承处受到地面运动的作用，其运动方程为：

其中：Xb为；各支座的地面强迫位移，Xs为结构中所有非支座节点的位移；Pb为地面作用于各支座的力，即支座的支反力，M、C、K分别为节点的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵。

五、桥梁抗震措施

（一）防止落梁的措施

上部结构主梁的支承长度大于等于70，该取值沿用自日本抗震设计规范，多数设计者认为规范取值较为保守。当“长桥高墩”时应在规范基础上给予更多的安全富，不仅要将主梁支承长度取值放大一些，还需要设置主梁限位装置，同时应设置纵向防落梁构造。当前挡块设计存在薄弱的问题，主要表现为构造尺寸偏小，在斜弯桥设计中应比直线桥具备更多的考虑，挡块内侧不仅应设置橡胶块，建议桥墩盖梁端部悬出挡块外10cm为宜。

（二）桥梁抗震构造措施

桥梁抗震构造的有效措施可以分为基础抗震措施、桥台抗措施和桥墩抗震措施。要防止地震引起的动态和永久的不均变形，就要求必须做好基础抗震，即要在增加基础的整体性刚度的同时减轻上部荷载。桥台抗震应采取加强桥台胸墙、增加配筋以及在梁与梁子健和梁与桥台胸墙之间设置弹性垫块等有效措施，以达到缓和地震冲击力的目的。对于浅基的小桥和通道则要加强下部的支撑梁板，也可以做满河床铺砌，是桥梁结构尽量保持四铰框架以起到防止墩台在地震时滑移的作用。对于桥址位于液化土或软土地基时，可尽量使桥梁中线与河流呈正交并适当延长桥长，将桥台定位于稳定河岸上的方法来起到抗震的效果；桥墩抗震的常用方法是利用桥墩的延性减震。高墩可采用钢筋混凝土结构，空心截面，适当加大桩、柱的直径，也可采用双排的柱式墩和排架桩墩，

在桩、柱之间设置横系梁等，以达到有效提高桥墩的抗弯延性和抗震强度的目的。

（三）支承连接件加固

为防止落梁震害发生，在加固支承连接件时，常用的方法是增加支承面宽度，并在简支的相邻梁之间安装纵向约束装置；同时，还可以采用减隔震技术以及专门的耗能装置来提高桥梁的抗震性能，如智能支座和铅芯橡胶耗能支座能有效降低地震力对桥梁的冲击。

（四）下部结构加固

下部结构的加固包括桥墩和无筋混凝土结构两个方面。对于桥墩的加固有混凝土加大截面加固方法、钢板外包加固法、钢纤维混凝土加固法以及复合材料、玻璃纤维、碳素纤维加固法等几种主要的技术。对于无筋混泥土结构，早期用砖石材料建造的会有发生脆性破坏的可能，因此需要寻求结构上的抗震加固对策：可以采用混凝土衬套方法以及钢板衬套方法，使衬套与桥墩紧密结合，成为一个整体，有效抵御。