桥梁抗震设计.pdf

桥梁抗震设计探究

摘要：由于地震灾害具有毁灭性的，发生地震时会对桥梁结构产

生巨大的破坏，对人类的生命安全影响巨大。因此，提高桥梁的抗

震能力是桥梁设计工作者所面临的重大课题。

关键词：公路桥梁；抗震设计；

中图分类号：k928.78文献标识码：a文章编号：

大家都知道，强震灾害一旦发生，它的毁灭性与突发性，一般是

很难预测的。地震是一种突发式的强震动，一般是从开始到结束会

有几秒到几十秒，有的甚至可以持续1分多钟。地震通过地震波释

放巨大的能量，因此发生地震时会对桥梁结构产生巨大的破坏。桥

梁作为重要的社会基础设施，具有投资大、公共性强、维护管理困

难的特点。桥梁不仅是国家经济活动中输送人员、物资的大动脉，

又是震灾救援和震灾恢复中的咽喉。对于作为生命线工程的桥梁在

遭遇地震时能保持或基本保持使用功能极为重要，特别是随着我国

交通建设事业的迅速发展，桥梁无论在数量上还是延伸长度上都在

快速增长，高速公路、铁路在国民经济和居民日常生活活动中发挥

着重要的作用，地震中桥梁设施的损坏、倒塌所带来的影响常常超

过了桥梁因改建或维修所需要的巨额财政支出，研究桥梁结构在地

震中的反应及破坏模式，提高桥梁的抗震能力是我国公路交通建设

中所面临的重大课题。

一、桥梁结构的震害

强震发生时，主要发生的桥梁震害现象有上、下部结构的震害、
支座的震害、基础的震害等几类。

1、上部结构的震害

从历次强烈破坏性地震中人们发现．上部结构自身因直接的地震

动效应而毁坏的现象极为少见，但因支承连接件失效或下部结构失

效等引起的落梁、主粱的移动、扭曲、裂缝等现象，在破坏性地震

中常有发生，其中落梁现象最为严重。从粱体下落的形式看，有顺

桥向的，也有横桥向的和扭转滑移的。但统计数字表明，顺桥向的

落梁约占全部桥梁落梁总数的70％～85％。梁在顺桥向发生坠落

时，梁端撞击桥墩侧壁，给下部结构带来很大的破坏，从而有可能

造成更大的震害。

2、下部结构的震害

地震动引起的下部结构破坏主要是桥墩的破坏，一般是从接缝处

的轻微断裂开始，继而扩展到四周而造成破坏。震害的进一步发展，

会导致断裂面上下的墩身移位，最终使断裂面以上的墩身翻落而酿

成极大的震害。

3、支座的震害

桥梁支座是桥梁抗震的薄弱部位，震害极为普遍。由于支座的破

坏会引起力的传递方式变化，从而对结构其他部位的抗震产生影

响，进一步加重震害。破坏形式主要表现为活动支座脱落及支座本

身构造上的破坏。

4、基础的震害

地震引起地基的液化，使地基承载力下降，引起基础下沉。基础
下沉进一步引起桥梁墩台的沉陷，造成桥梁的震害。这种情况多出

现在承载力不很高的砂质粘土、粘土质砂土等地基中。地基的液化

使其剪切强度大大降低，会使桥梁基础及桥台沿液化层水平滑移或

转动。

二、桥梁结构抗震设计原则

在桥梁抗震计算中，早期结构抗震计算采用的是静力理论。静力

法假定整个上部结构随地面做刚体平移运动，则结构各个质点上的

水平地震作用最大值即为该点质量与地面运动最大加速度的乘积，

然后按静力分析方法求出地震效应。因此．静力法属于一种等效静

力分析法。静力法将上部结构看作刚体，未考虑上部结构变形对地

震作用的影响，也未考虑地震作用随时间的变化及其与结构动力特

性的关系，这使得静力法的结果具有较大的近似性。它以结构强度

作为破坏准则，即以结构的荷载效应小于结构的抗力效应时认为安

全的，一般称为一阶段抗震设计方法。

随着计算机技术的广泛应用，发展了直接求解结构地震强迫振动

方程的研究，建立时程分析法。时程分析法能更真实地反映结构地

震响应随时间变化的全过程，并可处理强震下结构的弹塑性变形。

因此己成为抗震分析的一种重要方法。但由于时程分析法计算分析

量大，因此目前大多数的国家对常用的桥梁结构型式的中小跨桥梁

仍采用反应谱理论计算，但对于重要、复杂、大跨的桥梁抗震计算

都建议或要求采用时程分析法。由于发展了时程分析方法，使桥梁

抗震计算从单一强度保证转入强度、变形(延性)的双重保证，为发
展二阶段抗震计算方法提供了分析基础。

由于中、小地震发生的频率高，可能性大，为了不使结构因累积

损伤而影响其使用功能，故要求在常发地震处，结构处于弹性范围

内工作，以强度破坏作准则。而大地震在结构使用寿命期内发生的

概率较小，是一种突发的特殊荷载，要结构弹性地抵抗它，既不经

济也不现实，可以允许结构产生塑性变形和有限度的损伤，以结构

的延性(常用的定义是结构弹塑性最大变形值与结构屈服极限变形

之比)作为破坏准则。目前桥梁抗震设计正向两阶段设计方法的方

向转变，小地震采用弹性理论、大地震采用弹塑性理论设计，实现