桥梁抗震设计知识总结 第1篇

关键词：一桥梁；公路；设计；抗震

《公路抗震设计规范》JTJ004-89是现行的公路抗震标准。条文规定：桥面不连续的简支梁(板)桥宜采用挡块等防止纵横向落梁的措施，桥面连续简支梁(板)桥，应采取防止横向产生较大位移的措施。

1.桥梁震謇现象

地震造成的地表破坏现象主要有地表断裂、滑坡、沙土液化、软土震陷等。地表断裂又称地裂缝，分为构造地裂缝与重力地裂缝两种。构造地裂缝与地质构造有关，是地震断层错动后在地表留下的痕迹。其切割很深，可以从地壳内的岩层直达地表，不受地貌影响。可延绵数十至上百公里。重力地裂缝是由于地面土质软硬不均匀及微地貌重力影响，在地震动作用下形成的。与震前土质的稳定状态密切相关。在震区分布极广。软弱黏性土土坡，层理倾斜或有软弱夹层等不稳定的边坡，在地震时由于附加水平力的作用或土层强度降低而发生滑动。导致修筑在这些边坡或附近的建筑物损坏。地震引起的滑坡是山区或丘陵地区的震害特点。在不稳定的人工边坡开挖面及平原地区河岸也会出滑坡。饱和沙土在地震的作用下，结构破坏，土颗粒发生相对位移，体积收缩，孔隙水压力暂时显著增大，当孔隙水压力上升到与外部压力相等时，沙土颗粒便形同“液体”呈悬浮状态，使土体抗剪强度丧失；另一方面，高压力孔隙水在喷出地面时，同时将沙土颗粒一并带出，形成“喷水冒沙”现象。在强震作用下，土体结构被扰动，强度降低，孔隙水压力增大，从边界排出，软黏土被压密，产生沉隐或不均匀沉陷。这种不均匀沉陷引起的内力重分布可导致结构特别是超静定结构破坏乃至倒塌。

桥梁的震害无非就是发生在桥梁的组成部位上的破坏。通常桥梁都是由上部结构、支持连接构件、墩台等下部结构和基础组成。所以桥梁震害大体分为四类。

上部结构破坏

对于梁式结构由于地震效应造成结构本身的破坏在报道中见的不多。梁式结构破坏多是在地震作用下支撑连接构件破坏或下部结构失效导致的落梁。而落梁对墩台侧壁的撞击又对下部结构造成破坏。拱式结构主要表现为拱上建筑和腹拱破坏，拱圈在拱脚和拱顶出现裂缝，拱圈隆起变形甚至倒塌。

支撑连接构件破坏

桥梁的支座、伸缩缝和剪力键等薄弱的构件在外力作用下总是最易受损的。

下部结构破坏

圬工下部一般出现倾斜、倒塌、开裂破坏。钢筋混凝土结构会出现轻微开裂、保护层混凝土剥落、纵向受力主筋压曲，截面变化处核心混凝土压碎等。

基础破坏

扩大基础和桩基的承台因本身刚度比较大，自身震害极少见。多是地基发生沉降、滑移造成基础变位。柱基础却有发生剪断、倾斜的破坏。

上部结构破坏和支撑连接构件破坏都是由于支撑连接构件失效所致。在地震中，如果上、下部结构的相对位移过大，超过支座的变形能力或支撑面宽度、或超出梁间纵向约束装置的强度，支撑连接构件就可能失效。支撑连接构件失效后，上、下部间缺少足够的约束，其相对位移进一步加大，可能导致落梁。而落梁的冲击力又会损毁下部结构。支撑连接件失效主要是因为设计上使用了偏低的设计地震荷载或用全截面而非开裂截面计算刚度从而低估了相邻梁跨间的相对位移。在地震中下部结构如不能抵抗其自身的惯性力和支座传递的上部结构的地震力，墩和台就会开裂甚至折断。如果桥墩设计的延性较差，一旦抗力不足，就会发生脆性破坏并丧失承载能力。继而上部结构也遭受到破坏。桥梁墩台破坏源于设计和构造两方面原因。首先是纵向受力主筋在墩底或梁桂结合处过于集中的搭接或焊接，因搭接或焊接强度不足，在地震荷载作用下，纵向主筋尚未达到设计强度而钢筋连接的位置出现搭接失效而弯曲破坏。或者取用较小的地震荷载，造成结构实际抗弯强度不足。其次，箍筋直径过小，间距过大会造成结构的设计抗剪能力不足。再次，纵向主筋和横向箍筋的锚固长度不足，箍筋端部未作成135弯钩伸向核心混凝土部分，主筋集中截断或搭接等构造上的缺陷也是造成下部结构破坏的原因。当结构周围的地基受到地震作用强度降低时，基础就会发生沉降或滑移，引起墩台倾斜、倒塌或折断，这是导致桥梁结构破坏的重要原因。总之，桥梁震害可能是由于上述的一种因素造成，也可能是几种因素共同作用的结果。

2.桥梁的抗震设计

由于地震发生的不确定性和复杂性，再加上结构计算模型的假定与实际情况的差异，使“计算设计”很难控制结构的抗震性能，因而不能完全依赖计算。结构抗震性能的决定因素是良好的“概念设计”。因此，在桥梁的方案设计阶段，不能仅仅根据功能要求和静力分析就决定方案的取舍，还应考虑桥梁的抗震性能，尽可能选择良好的抗震结构体系。在抗震概念设计时，要特别重视上、下部结构连接部位的设计，桥墩形式的选取，过渡孔处连接部位的设计以及塑性铰预期部位的选择。为了保证所选择的结构体系在桥址处的场地条件下确实是良好的抗震体系，必须进行简单的分析(动力特性分析和地震反应评估)，然后结合结构设计分析结构的抗震薄弱部位，并进一步分析是否能通过配筋或构造设计，保证这些部位的抗震安全性。最后，根据分析结果综合评判结构体系抗震性能的优劣，决定是否要修改设计方案。

增加结构的柔性以延长结构的自振周期，达到减小由干地震所产生的地震荷载和增加结构的阻尼或能量耗散能力以减小由于地震所引起的结构反应是实用的抗震方法。当前，比较容易实现和有效的抗震方法主要有以下几点。

(1)采用隔震支座。采用减、隔震支座(聚四氟乙烯支座、叠层橡胶支座和铅芯橡胶支座等)在梁体与墩、台的连接处增加结构的柔性和阻尼以减小桥梁的地震反应，采用减、隔震支座桥梁结构的梁体通过支座与墩、台相联结，大量的试验和理论分析都表明其联结方式对桥梁结构的地震反应有很大的影响，在梁体与墩、台的联结处安装减、隔震支座能有效地减小墩、台所受的水平地震力。

(2)采用隔震支座和阻尼器相结合的系统。利用桥墩在地震作用下发生弹塑性变形耗散地震能量以达到减震的目的，利用桥墩的延性抗震。近20年来，国外在桥梁减、隔震和延性抗震方面进行了许多研究，美国、新西兰和日本等在桥梁设计规范中都列人了相应的条款。

(3)利用桥墩延性减震。利用桥墩的延性减震是当前桥梁抗震设计中常用的方法，桥墩延性减震是将桥墩某些部位设计得具有足够的延性，以便在强震作用下使这些部位形成稳定的延性塑性铰产生弹塑性变形来延长结构周期，耗散地震能量。在进行延性抗震设计时，按弹性反应谱计算塑性反应的地震荷载需要修正，桥梁抗震设计规范采用了综合影响系数来反映塑性变形的影响。

桥梁抗震设计知识总结 第2篇

关 键 词：桥梁结构；抗震；设计理论；综述

中图分类号：K928 文献标识码： A

桥梁是生命线工程的重要组成部分，是交通运输的枢纽工程，在抗震救灾中处于极其重要的地位。因此，如何提高桥梁的抗震能力，使桥梁在地震时能起到安全疏散、避难的作用，地震后确保抗震救灾重建家园的交通需要，是桥梁工程中的重要研究课题。中国的桥梁抗震的发展远远落后与其它西方国家。在参考国内外桥梁抗震的主要设计思想与方法后，笔者主要介绍了震害形式的和抗震理论的发展。

1. 桥梁主要的震害形式

上部结构震害

桥梁上部结构震害按照产生原因的不同，可以分为结构震害、碰撞震害和位移震害。其中最常见的是移位，最严重的是落梁。桥梁碰撞震害包括：桥面伸缩缝位置混凝土裂缝及压碎变形，混凝土伸缩缝位置护栏混凝土撞损。桥梁位移震害主要表现为上部结构的纵向位移、横向位移以及扭转。一般来说，设置伸缩缝的地方比较容易发生位移震害。

支座震害

支座的破坏形式主要表现为支座的位移，锚固螺栓拔出、剪断，活动支座脱落，以及支座本身构造上的破坏等。在汶川地震中，桥梁支座损坏较多，支座存在位移，剪切变形，鼓包等震害。这是因为汶川的中小跨度梁桥一般均采用板式橡胶支座，支座与墩台和粱体间无连接措施，地震中出现了梁体与支座间的相对滑动。

下部结构和基础震害

汶川地震中大量桥梁盖梁抗震挡块（剪力键）的剪断或剪裂现象较为普遍。桥台的震害一般比桥墩多，由于地基土液化，使桥台向河心滑移，下沉，倾斜等；由于台背动土压力，使桥台倾斜，倾倒，台身断裂等。桥墩的震害主要是墩身下沉，倾斜及倾倒和墩身开裂，切断等。基础的震害主要表现是基础的整体移动倾斜，下沉或桩身或沉井的开裂或断裂。

2.桥梁抗震设计理论的发展

一阶段抗震设计思想（基于强度抗震设计方法）

我国《公路工程抗震设计规范》（_）和美国AASHTO（2005）等规范对于规则桥梁的抗震设计和验算均采用基于强度的抗震设计方法。其主要的设计过程为：首先，计算结构的自振周期T0 ，并根据弹性加速度反应谱计算结构的弹性地震力Fe0；然后，考虑结构进入塑性状态后与弹性工作状态的差别采用一个强度折减系数R（我国采综合影响系数Cz）对弹性地震力进行折减，得到结构的设计地震力Fd0 ；最后，取结构的屈服力与设计地震力相等，并据此来进行结构的配筋设计。

基于强度的抗震设计方法的局限性

从以上可以看出，在基于强度抗震设计方法中，仅体现了结构对强度的要求，但没有明确提出结构的设计目标。基于强度的抗震设计过程和强度折减系数的取值具有较大的模糊性，这主要表现在以下几方面：

1）基于强度设计理论需首先确定结构的自振周期，结构的自振周期与结构的初始刚度直接相关，一般在进行桥梁的抗震设计时，取墩柱的毛截面刚度作为截面的弹性刚度或者通过采用一个常系数对毛截面刚度进行折减来考虑混凝土开裂的影响。这种方法，实际上隐含假定截面的刚度是与强度互不相关的。

2）影响结构的位移延性能力的因素很多，但由结构位移延性能力所确定的强度折减系数非常模糊。对桥墩，结构的位移延性能力不仅与墩底截面的轴压比、配箍率有关，而且还要受到墩柱本身的形状比L/D基础变形和橡胶支座柔性等因素的影响。

3）在基于强度抗震设计方法中，没有明确提出结构的设计目标，在设计过程中又仅体现了结构对强度的要求，从而容易造成工程技术人员偏重于保证结构的强度而忽略了对变形的要求。基于强度抗震设计方法存在的这些局限性，使得工程技术人员很难对结构的抗震性能进行有效地把握和控制，不利于实现基于性能的抗震设计思想。

基于性能抗震设计

发展概况

在抗震设防的早期阶段，抗震设防是以单一设防水准，采用基于强度设计方法来保证结构安全为标准的。_年美国的洛马・普里埃塔（LomaPrieta）地震（）虽然都是中等震级的地震，但却造成了极为惨重的经济损失。基于对上述问题的深刻反思，引发了地震工程界对设防水准、结构安全和经济性之间合理关系的重新认识，美国学者于20世纪90年代初提出了基于性能的抗震设计思想。

基于性能的抗震设计理论以结构抗震性能分析为基础，针对每一种抗震作用水准，将结构的抗震性能划分成不同等级，设计者根据结构的用途，业主、使用者及邻居的特殊要求，采用合理的抗震性能目标和合适的结构抗震措施进行设计，使结构在各种水准地震作用下的破坏损失，能为业主选择和承受，通过对工程项目进行生命周期的费效分析后达到一种安全可靠和经济合理的优化平衡。

基于性能抗震设计的目的

基于性能的抗震设计的目的是将所设计的结构在指定强度地震下的破损状态及其造成的经济损失、人员伤亡等控制在预期的目标范围内，使结构震后的功能得以延续、维持。其中，基于性能的抗震设计方法是性能设计理论的重要内容，近年来国内外不少学者对此进行深入研究。

基于性能抗震设计的方法

基于性能的抗震设计方法主要有承载能力设计方法、直接基于位移进行抗震设计方法、能量设计法。（此方法最先运用于建筑结构上，可以作为桥梁结构的一种参考）

基于性能抗震设计的特点

与基于强度的抗震设计思想相比，基于性能的抗震设计思想主要有以下几个特点：

1）性能目标的多级性，即在不同的地震设防水准下，结构应满足不同等级的性能要求；对重要的结构，其性能目标要高于一般结构。

2）性能目标的可选性。在基于性能的抗震设计中，可以在满足规范的前提下，根据结构的用途及业主、使用者等的特殊要求，由工程师同业主、使用者共同研究制订结构的性能目标。

3）结构抗震性能的可控制性。在基于性能抗震设计中，在设计初始就明确结构的性能目标，并且使通过设计，使结构在各级地震作用的反应能够达到预先确定的性能目标，因而结构的抗震性能是可以预测和控制的。

3 结 语

中国桥梁结构抗震规范现在经历一个由基于强度抗震思想过渡到基于性能抗震思想的过渡阶段。在这关键的过渡时期，设计人员应该逐步适应基于性能的设计方法。并且应该对抗震设防水准进行比较清晰的规定，还应该对性能有合理的指标来规范（特别是在基本地震作用情况下）。

对桥梁结构抗震设计，还应该同样重视延性设计（即加强构造措施）。以此来消除或者减弱计算结果与实际情况的误差。

通过对桥梁地震灾害的研究，当前引起地震灾害主要原因是由落梁，引起落梁原因是墩梁相对位移过大，限制相对位移过大措施有：加长支撑面，纵向设计连接装置，横向设置挡块（横挡纵联）。

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桥梁抗震设计知识总结 第3篇

关键词：市政桥梁；抗震；设计；震害

地震历来都是严重危害人类社会的自然灾害。如果震区的交通线遭到破坏 ，就会给救灾工作造成巨大困难 ，并且影响灾后的回复工作 ，加重次生灾害 ，导致更加巨大的损失。作为交通线中的关键环节 ，桥梁结构的抗震性能就成为人们特别关心的问题。

1 市政桥梁抗震分析

要想建立正确的抗震设计方法、采取有效抗震措施 ，对公路桥梁震害及其产生的原因的调查和分析是必不可少的。从世界各国的地震震例统计资料看 ，公路桥梁的震害现象主要有以下几种 ：1）对梁式桥梁地震位移造成上部活动节点处因盖梁宽度设置不足导致落梁或梁体相互磁撞引起的破坏 ，而对拱式结构则主要表现在拱上建筑和腹拱的破坏 ，拱圈在拱顶、拱脚产生的破损裂缝 ，甚至整个隆起变形 ；2）由于地震造成的地基土液化 ，加大了地面位移从而加剧了结构反应 ，大大增大了落梁的可能性 ；3）对支座的抗震要求考虑不足造成支座发生过大的位移和变形从而造成支座本身构造上的破坏等 ，进而对结构的其他部位产生不利的影响 ；4）桥梁下部结构抗力不足导致的地震时下部开裂、变形和失效 ，进而对全桥的不利影响 ；5）地震时使得在松软地基上的桥梁在发生河岸滑移导致全桥长度的缩短而造成的比较严重的震害。以下分析落梁、墩柱、节点和桥台破坏以及基础破坏、桩身破坏三者原因。

1）落梁

落梁的原因一般是因为支承连接部件失败 ：固定支座强度不足、活动支座位移量不够、橡胶支座梁底与支座底发生滑动 ，在地震力作用下支座破坏 ，致使梁体发生位移导致落梁。墩台支承宽度不满足防震要求 ，防落梁措施设不合理 ，在地震力作用下 ，梁、墩台间出现较大相对位移 ，导致落梁现象的发生。伸缩缝、挡块强度不足 ，在地震力作用下伸缩缝碰撞破坏挤压破坏、挡块剪切破坏 ，都起不到应有作用 ，导致落梁。

2）墩柱、节点及桥台破坏

此类破坏多发生在墩柱塑性铰处、墩柱与盖梁连接处 ，墩柱与系梁连接处 ，地震力作用下桥墩纵向受力筋被剪断 ，直接导致桥梁的倾覆。

3）基础破坏、桩身破坏

其原因是桥位通过地震断裂破碎带 ，地震力作用下基础出现移位、沉降 ；桥位位于液化砂土地质中 ，基础出现不均匀沉降。

2 市政桥梁抗震设计策略

市政桥梁抗震设计总体原则

从抗震角度出发 ，合理的结构体系应符合下列各项要求。1）具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径 ；2）具有合理的刚度和承载力分布 ，避免因局部削弱或突变而成为薄弱部位 ；3）具备必要的承载力、良好的变形能力和耗能能力。从以上概念出发，理想的桥梁结构体系布置应是 ：从几何线形上看，桥梁是直的，各墩高度相差不大。因为弯桥或斜桥使地震反应复杂化 ，而墩高不等则导致桥墩刚度变化 ，使抗侧力桥墩中刚度较大的最先破坏。

从结构布局上看 ，桥梁尽量保持小跨径 ，使桥墩承受的轴压水平较低 ，从而获得更好的延性 ；弹性支座布置在多个桥墩上 ，把地震力分散到更多的桥墩 ；各个桥墩的强度和刚度在各个方向都相同 ；基础是建造在坚硬的场地上。虽然由于各种限制条件 ，理想的抗震体系实践中很难达到 ，但在设计之初 ，仍应考虑使桥梁结构尽可能地满足上述要求。

节点抗震设计

节点是连接桥墩和盖梁的传力构件 ，是保证整个结构良好工作的关键部位 ，属于能力保护构件。因此 ，对其强度和刚度要求都较高。在桥梁结构中 ，如果桥墩和盖梁刚度比较接近 ，则在地震作用下 ，结构受到侧向赓性力作用 ，节点核心区箍筋受力很大 ，容易出现节点刚度退化。一方面会导致节点核心区混凝土剪切破坏 ；另一方面又会导致桥墩内力重分布 ，墩底截面弯矩加大 ，更快达到屈服状态 ，降低桥梁结构横桥向整体的抗震能力。而在盖梁和桥墩抗弯刚度相差较大时 ，在地震横桥向作用下 ，墩底和墩顶部位的塑性铰更容易形成 ，节点部位相对更加安全 ，符合能力抗震设计思想。当节点部位出现刚度软化以后 ，对墩顶截面的约束减弱 ，从而导致墩顶截面弯矩减小。在桥梁结构中 ，节点构造形式与房屋框架结构中的节点相差较大 ，而且桥梁结构在横向地震作用下主要依靠墩柱的延性发生变形 ，而不是依靠盖梁的延性 ，因而不能套用房屋框架结构节点抗震设计。但是毫无疑问的是 ，桥梁节点部位属于能力保护构件 ，在地震作用下需要保持较高的强度和刚度。

整体优化设计

从结构上来说 ，要清楚哪些结构有利于抗震 ，哪些结构抗震不利 ，其中包括桥型、上部结构、下部结构、墩台、基础的处理等等。构造细节措施则包括一些基本的抗震措施，比如支座的选择、挡块的设置等等 ，还包括构件细节的构造措施、比如墩的箍筋配置、节点配筋构造。在确定路线的总体走向和主要控制点时 ，应尽量避开基本烈度较高的地区和震害危险性较大的地段。对于地震区的桥型选择 ，尽量减轻结构的自重和降低其重心 ，以减小结构物的地震作用和内力 ，提高稳定性 ；力求使结构物的质量中心与刚度中心重合 ，以减小在地震中因扭转引起的附加地震力 ，应协调结构物的长度和高度 ，以减少各部分不同性质的振动所造成的危害作用 ，适当降低结构刚度 ，使用延性材料提高其变形能力 ，从而减少地震作用 ，加强地基的调整和处理 ，以减小地基变形和防止地基失效。

3 结论

随着我国某些地区地震频繁发生 ，对于市政桥梁而言 ，其抗震性能的好坏势必会对人民生命财产造成重大影响。首先必须从设计角度出发，充分考虑震害相关原因，在结构上增加其抗震效果，同时必须因地制宜 ，采用适合当地标准来进行桥梁设计 ，相信我国桥梁的抗震性能一定能步入新的台阶。

参考文献

1. _海，孙永红，韦韩，李茜，姜震宇.汶川地震后对我 国结构工程抗震的几点思考[J].公路交通科技，2008（11）：54-59.