桥梁结构抗震设计与设防措施

陈恒

天津市晟丰工程技术咨询有限公司 天津市 300000

摘要：交通行业发展速度越来越快，人们越发重视桥梁工程的安全性。当前的桥梁结构抗震设计存在诸多的问题，影响了桥梁结构的稳定性和安全性，因此在实际工作中需要适当的借鉴其他地区在桥梁结构抗震设计方面的经验，根据本地区的桥梁结构特点设置相对应的抗震设计方案，从而使得桥梁本身的抗震系数能够得到全面提高。在实际工作中需要了解桥梁抗震设计的要点以及设防的措施，从而使得桥梁设计效果能够得到全面提高。

关键词：桥梁结构；抗震设计；设防措施

引言

地震作为一种相对不具备可控性的自然灾害，其发生伴随着高度的不确定性。而高烈度地震的发生往往会对桥梁工程造成严重的破坏，继而造成社会服务功能和震后救灾抢险工作的中断，给人民的生活和安全造成巨大影响。随着人们对震害的认识以及对桥梁抗震理念的重视，以易损性曲线为表达形式的地震易损性分析逐渐受到了各国学者的关注。现阶段，对桥梁结构进行地震易损性分析已逐步成为桥梁结构抗震性能及震后损伤评估的重要手段之一，在地震工程和防灾减灾领域已经得到了广泛应用。

1桥梁抗震结构

桥梁属于交通中的重要组成部分，桥梁如果被破坏不仅会影响人们正常出行，还会带来较为严重的安全问题，因此在实际工作中需要更加科学而有序地进行桥梁抗震结构设计，从以往的设计经验来看，一些桥梁经常会出现开裂和混凝土剥落等问题，严重时内部钢筋也会出现裸露情况，因此在实际工作中需要更加科学而有序地开展桥梁抗震设计，为后续的使用提供重要基础。

2桥梁结构抗震设计与设防措施

2.1桥梁地震易损性分析方法

地震易损性分析以概率论和数理统计学等为基础，综合分析大量的数据资料，定量地评估地震灾害对结构造成的损坏。同时，通过该方法还可以预测结构在地震作用下将会遭受到的潜在破坏。地震易损性的概念被定义为：在不同强度水平地震动作用下，结构发生不同程度破坏或着达到某一规定损伤状态的条件概率，确定结构的抗震能力和地震需求之间的关系是地震易损性分析的首要步骤，即结构抗震能力小于地震需求时的概率值，也即其达到某一规定损伤状态的概率值，而不同地震强度作用下的概率值变化曲线则被定义为地震易损性曲线。目前应用较为广泛的易损性分析方法是理论易损性分析方法，其核心思想是通过对桥梁结构的地震响应数值进行分析以建立地震易损性曲线。

2.2横向非对称高低墩桥梁地震响应分析及抗震措施

在横向非对称高低墩受力中，低墩往往处于不利状态，而高墩承载能力富余度较大，存在低墩进入塑性阶段或发生剪切破坏、而高墩仍处于弹性阶段的情况。通过大量数据分析，针对高低墩提出３种改善措施：（1）随着墩柱配筋率的提高，墩柱抗弯承载能力得到改善，但是极限曲率明显降低；随着墩柱配箍率的提高，墩柱抗剪承载能力得到改善，且极限曲率明显提高。（2）系梁连接刚度增强，对低墩的改善效果不明显，但是高墩的承载能力会明显降低；随着系梁刚度的增加，塑性铰区往系梁方向发展。（3）通过高墩柱差控制，可使两墩柱受力更均匀。基于延性抗震设计理论，当墩柱进入塑性阶段时需控制墩柱不发生剪切破坏，建议将墩柱高差控制在4m以内。

2.3静力法

桥梁结构抗震系数提高已经成为设计工作中需要广泛关注的问题，在实际工作中需要选择正确的抗震方法，使得最终的抗震效果能够得到全面提高。在实际工作中可以选择静力方法进行抗震设计，假设各个物体和各个部分之间的地震具有相同的震动，结构上的作用只局限于地面运动或者是物质质量所产生的惯性力，在实际设计方案中需要忽视进容运动特征和结构的动力性，通过地震的惯性力来进行结构内力分析。从动力学的角度来看，地震加速度只是作为结构破坏的单一因素，具有一定的局限之处，并且还要考虑动力特征方面的因素，只有结构物的基本特征，周期比地面卓越周期小时，那么当地震发生时，桥梁结构不会受到任何的破坏。在实际工作中需要加强对静力法的有效认识以及了解，同时还需要融入抗震计算方面的工作要点，使得抗震设计效果能够得到全面提高。

2.4氯盐侵蚀环境下桥梁结构的地震易损性分析

在桥梁使用期间，多种退化机制可能会潜在地影响桥梁在使用期间的结构性能，如氯盐、硫酸盐和酸对混凝土、钢构件的碳化和侵蚀等。在众多环境因素的影响中，由于氯离子侵蚀所导致的钢筋锈蚀问题是造成钢筋混凝土结构退化的首要因素。对于近海以及冬季大量使用除冰盐的地区，氯盐对桥梁结构的侵蚀问题比较严重，而许多近海构造都位于地震高发区，氯盐侵蚀与地震灾害的耦合作用将显著增加结构的安全风险。因此，从全寿命设计周期的角度考虑环境因素对桥梁结构抗震性能的影响已逐步成为共识，而结合钢材的劣变规律对结构进行全寿命设计周期下的地震风险评估也成为研究趋势。氯离子在钢筋混凝土桥梁中的扩散会引起结构表面混凝土脱落、内部钢筋锈蚀等现象，氯盐侵蚀引起的材料力学性能有效截面积的降低将严重影响桥梁的抗震性能。氯盐对桥梁结构的侵蚀过程以及其所造成的钢筋和混凝土力学性能退化，受到结构所处的温度以及湿度等众多环境因素的影响。现阶段，考虑氯盐侵蚀的桥梁结构地震易损性往往都基于均匀侵蚀劣化模型，这种简化分析模型会低估劣化桥梁在全寿命周期中的地震易损性，其分析结果也往往只用于指导新建桥梁的抗震设计。而多数既有桥梁的服役年限都还比较长，其抗震性能受到非一致氯盐侵蚀所造成的不均匀退化问题更是不容忽视，针对既有桥梁进行抗震性能分析时考虑其时变特性将成为主流趋势。另外，有研究表明采用纤维混凝土等复合材料可以大幅提高桥梁全寿命周期的抗震性能，这类新型复合材料不仅适用于新建桥梁的抗震设计，也可以应用于老化桥梁结构的加固改造。

2.5油阻尼器的应用

油阻尼器一般通过设置较小的速度指数和不同的机械阀门获取所需的阻尼力，以实现对低速下刹车荷载的控制。在进行结构计算时，油阻尼器一般采用双线性模型，与黏滞阻尼器采用的Maxwell模型完全不同。在实际应用中，油阻尼器存在2个问题：一是内置阀门在冲击荷载作用下存在工作失灵的情况，造成内部压力瞬时陡升，使设备内部元件和密封装置损坏；二是当速度指数取0.1时，油阻尼器输出的性能曲线是不连续的。对斜拉桥而言，在普通的连续小幅桥梁振动中，由于速度指数为0.1的阻尼器阀门关闭而出力陡增，使整个箱梁看起来如同处于被压紧的弹簧之上。在这些小位移下，随时间而累积的荷载要远远大于速度指数为0.3的阻尼器产生的荷载。且对于采用混凝土箱梁等结构的桥体，在速度指数取0.1时易被激起共振，长期运行后，桥体的连接节点会出现松动现象。

结语

在进行桥梁结构抗震设计时，需要优化常规性的桥梁结构，融入先进的科技手段，使得设计方案能够具备科学性的特征，注重细节性的构造，要特别注意不同构造之间的衔接，结合以往的设计经验，不断完善设计方案，做好数值计算以及分析工作，通过灵活性角度来提高实际的设计效果，推动我国桥梁设计行业的稳定发展。

参考文献

[1]寇驰.装配式混凝土框架桥梁节点杆连接抗震性能的研究[D].西安：西安工业大学，2019.

[2]崔文明.桥梁设计中安全性和耐久性的研究[J].交通标准化，2018（16）：81-82.

[3]靳海燕.公路桥梁施工中，安全性和桥梁耐久性的分析[J].黑龙江交通科技，2019（9）：133-134.