桥梁结构抗震设计与设防措施研究

张志华

天津市政工程设计研究总院有限公司300392

摘要：城市化发展过程中，桥梁成为社会交通体系中的关键组成部分。但在桥梁运营过程中，常见的地质灾害会直接影响桥梁结构的稳固性，继而诱发桥台滑移、桥墩开裂等安全问题，使桥梁使用期间的安全风险增加。为此，相关人员应优化桥梁结构抗震设计，并通过采取科学、有效的设防措施增强桥梁工程的抗震性能，完善其安全性能。

关键词：桥梁结构；抗震设计；设防措施

1抗震设计的原理

1.1结构控制

在对桥梁结构设计过程中，常采用的结构控制技术有混合控制技术、被动控制技术及主动控制技术3种。设计中最常采用的为被动控制技术。这一技术的原理是设计人员通过数值计算实现桥梁结构的最优布置，最大限度地降低地震对桥梁所带来的影响。经实践可知，在抗震设计过程中采用结构控制技术可以提高桥梁的抗震性能。

1.2延性设计

现今，对桥梁建设过程的考核标准更加多样化，不仅要确保结构具有一定的强度和高度，还要充分考虑到制作过程当中材料的可重复使用性以及经济适用性。桥梁结构强度及延展性的提升，对抗震设计起着决定性的作用。桥梁结构振动是地震对桥梁破坏的主要方面，基于此，在抗震设计中必须尽可能将地基传入结构的震动能量降低。桥梁的延性设计目的在于以塑性变形来抵抗地震作用，虽然整体的变形变大，但地震作用传入桥梁内部的内力减少，降低了桥梁建设在受到地震等自然灾害的破坏，能够得以再次使用，减少经济损耗。

2桥梁结构抗震设计与设防措施

2.1桥梁结构抗震设计方法

2.1.1延性抗震设计方法

1）按照桥梁结构的类型、基本特点、抗震性能要求，桥梁结构中的部分构件可选择为延性构件。2）选定延性构件后，确定桥梁结构中塑性铰区的位置，优化该区域的结构设计，使该区域桥梁结构抗弯强度符合预期要求。3）对于需要重点预防桥梁结构塑性变形的结构，以及抗震设计中需保护的构件，还应使其强度设计高于塑性铰区的强度设计，从而在强震作用下使桥梁结构保持弹性，避免因结构的脆性而被破坏。相较于根据强度进行抗震设计的方式，延性抗震设计方法的优势更为明显。

2.1.2位移抗震设计方法

位移抗震设计方式可分为直接设计、间接设计两种。间接设计流程是按照传统的基于桥梁结构承载力的抗震设计方法初步设计桥梁结构，然后评估桥梁结构中的变形、损伤参数，分析桥梁抗震性能，核对桥梁结构极限位移，满足位移控制目标即可。直接设计法则是以桥梁结构位移作为基础设计参数，然后根据不同地区桥梁结构的地震设防水准、抗震设计的目标位移计算桥梁结构在地震作用下的位移反应谱。同时按照已知设计参数设计桥梁结构，使桥梁结构可以在地震作用下将结构位移控制在一定范围内，降低桥梁结构的震害程度。另外，在整个设计阶段，位移是桥梁结构抗震设计的关键参数，设计人员应以桥梁结构抗震性能为前提，灵活调整位移参数，完善桥梁结构抗震设计。

2.1.3静力抗震设计方法

基于静力法对桥梁结构进行抗震设计时，可假设桥梁结构在地震作用下的震动频率相同，且桥梁结构上的作用力为地面运动、物质质量产生的惯性力。所以，在桥梁抗震设计时，设计人员可忽视结构本身的动力性与运动特征，并根据惯性力评估桥梁结构的内力。然后以此为依据进行桥梁结构设计，使地震作用下的桥梁结构不会受损。

2.2桥梁结构抗震设防措施

2.2.1做好基础抗震措施

1）设计桥梁结构时，设计人员应重视桥梁基础结构刚度、强度的提升，同时注意减轻桥梁上部结构产生的荷载，避免因地震作用出现动态变形问题。对于可能出现震害的区域，还应将桥梁基础设计为深基础，并让沉井、桥桩穿过地基结构中的土层，以此增强桥梁整体结构的稳固性。2）抗震设防时，还应加强桥梁建设中的基础规划，科学选择施工场地。若场地内的土质较为特殊，属于松软地层，相关人员还应进行地基处理。3）基础抗震设防时，还应重视桥梁结构的整体性，以及桥梁上部结构的连续性，避免出现桥梁构件脱落。同时，相关人员应分别从平面设计、立面设计等方面优化桥梁结构布置方案。

2.2.2科学布设桥梁支座

桥梁结构抗震设计中，支座设计与布置方法会直接影响桥梁抗震设防效果。为提升桥梁结构的抗震性能，应科学布设桥梁支座，合理选择桥梁支座形式，同时优化支座布局。需要注意的是，桥梁结构抗震设计中，设计人员应避免选择相同的支座类型，而是应根据桥梁结构上地震作用的分布情况，计算各个桥梁支座需承担的水平、垂直压力，然后根据具体的数值选择桥梁支座。

2.2.3优化下部结构设计

1）通过在桥台胸墙结构中增设配筋、将弹性垫块设置在桥台胸墙和梁结构中间等方式，缓解地震对桥梁结构造成的损害，确保桥梁结构抗震设计的可靠性。若桥址处存在软土地基、液化地基时，还应通过替换不良土层的方式提供桥台基础结构的稳定性。然后结合实际情况增加桥梁长度、控制桥台高度，保障桥梁的整体稳固性。通常情况下，桥梁抗震设防期间，桥台高度应<8m，且处于地势平坦、地质条件好、与主沟槽位置远的区域。桥梁基础条件较好时，桥台可设计为U形、箱形桥台、T形桥台，这类桥台的整体性较强，符合桥梁抗震设计要求。布设桩柱形桥台时，应采用埋置的处理方式，并通过开挖、钻孔的方式增加桥台底部填土密实度，保障桥梁结构抗震设防的整体效果。2）通过桥墩结构延性设计，对桥梁结构进行减震处理。例如，设计桥梁高墩时，将高墩设计为空心墩，必要时可通过增加桥柱直径，使用双排柱式桥墩，设置横系梁的方式，使桥梁结构具有较强的抗剪强度和抗弯延性。3）布设桥梁墩台顶帽时，应采取相应的防落梁措施。最不利受力墩应采用塑性铰、减震隔离支座。4）对桥梁上部结构进行抗震设防时，可在桥梁底部布设焊接钢板，或使用约束设备限制横向、纵向结构的位移。在此基础上，还应灵活连接桥梁的梁体结构与墩帽，比如，用锚栓连接桥梁上下部结构。为使桥梁上部结构位移符合抗震设计要求，桥梁梁端、墩台帽、盖梁边缘、挂梁、悬臂搭接长度都应考虑到桥梁基本位移分线。对于大跨径桥梁，设计人员采用连续梁，增强桥梁上部结构的抗震设防能力。5）针对桥梁节点结构进行抗震设防。结合桥梁结构震害表现可知，桥梁的节点结构在受到外部作用力后，易产生开裂、折断、位移等损害，且无法及时修复，因此，影响桥梁安全性能和稳定性。为避免节点结构导致桥梁结构性能受损，设计人员应在抗震设防时，不断增强桥墩、梁、桥梁节点的承载力和延性，避免节点处在地震作用产生后第一时间被破坏。

2.2.4合理设计桥梁构件

1）加强对桥梁结构、构件的强度控制是桥梁工程抗震设防的重要措施。相关人员应结合桥梁结构设计分析桥梁结构各个构件在地震作用下产生的振动能量，结合其抗震设防设计要求，选择构件材质。2）应布设减震装置，采用符合当前设计状况的大尺寸网格梁结构，对桥梁结构进行防落梁处理。另外，桥梁应尽量等跨布置，用构造简单的梁部结构，减轻桥梁结构的自重，以此减少桥梁结构的损伤。

3结语

综上所述，桥梁结构抗震设计的过程中应优化结构设计方案，选择应用先进的技术手段，提高设计方案的科学性、合理性，保证细节部分的设计满足要求，各个结构之间连接效果合格，同时还要重视经验总结，不断优化设计方案，分析参考数值，提升设计水平，满足桥梁结构正常使用的需要，对我国桥梁事业的高质量发展产生积极的意义。

参考文献

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[2]颜长青，简佳峰.关于桥梁抗震设计与加固技术的探讨[J].工程建设与设计，2019（12）：95-96.