公路桥梁抗震设计篇1
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。
1.1 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。
1.2 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。
1.3 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。
1.4 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。
公路桥梁抗震设计篇2
[关键词]公路桥梁抗震设计地震地基
中图分类号：U1文献标识码：a文章编号：1009-914X（2015）02-0000-01
一、引言
近几年来，在我国乃至世界都频频发生地震灾害，其中公路桥梁等交通工程在地震中遭到严重的破坏，所造成的财产损失是不可估量的。所以，需要对公路桥梁抗震设计进行深入的研究。从当前的地震破坏程度来看，我们有必要增强桥梁的抗震能力，做到预防为主兼顾治理，并对现有的桥梁做好全面深入的调查，建立档案，做好抗震设计工作，这是增强公路桥梁抗震能力的有效措施。
二、地震对公路桥梁的破坏及原因
1、对梁式桥梁地震位移所造成的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，甚至会整个隆起变形。
2、桥台震害主要表现为桥台与路基一起滑动并移向河心，致使桥头、重力式桥台的胸腔及桩柱式桥台的桩柱出现不同程度的沉降、开裂、倾斜和折断等。除此之外，桥头的沉降还会导致翼墙被损坏并致使其开裂，进而重力式桥台胸腔开裂会引起整个台体被移动并下沉。
3、地基与基础震害在地震力作用下地基中的砂土会被液化，以致地基失效，基础沉降或不均匀沉降，从而导致地面较大变形，地层发生水平滑移、下层、断裂等，加大了地面位移从而加剧了结构反应。地基与基础震害使路面、桥梁发生坍塌，给震后修复工作带来困难。
4、发生地震时会使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。桥墩震害在地震力作用下桥墩会不同程度的倾斜、沉降、滑移、开裂、剪断和钢筋扭曲。
三、桥梁的主要震害形式
1、上部结构的破坏
上部结构自身因直接受地震力而破坏的现象极为少见，但因支撑面过小、支承连接件失效或下部结构失效等引起的落梁现象在破坏性地震中常有发生。桥梁上部结构震害按照产生的原因不同，可以分为结构震害和位移震害。其中较为常见的是位移震害。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。如果上部结构的位移超过了墩、台等的支撑面，则会发生更为严重的落梁震害。为了能避免上部结构的破坏，应该从如何使梁与支撑连接件连接更可靠、使下部结构以及基础更稳定、变形更小来考虑。
2、下部结构的破坏
产生下部结构的震害主要原因为：受较大水平地震力瞬间反复的震动，引起下部结构损坏，轻微的破坏造成混凝土保护层剥落、墩台身开裂和纵向钢筋屈曲等，严重的破坏便会造成墩台的严重倾斜、剪断或折断、倒塌等。公路桥梁中广泛采用了钢筋混凝土柱式墩，在历次地震中的破坏大多发生在盖梁下方或柱身与基础的连接处。
3、支座的破坏
桥梁支座是桥墩与梁体联系、传力的关键部位，它的破坏直接影响到梁体和桥墩。强大的地震力导致支座连接件的破坏，严重的造成桥梁上下部结构失去联系，引起落梁。支座的破坏主要表现为以下几种形式：支座锚固螺栓拔出、剪断、活动支座脱落及支座本身构造上的破坏。其中，最为普遍的就是地震中桥梁支座的破坏。
4、墩柱震害
墩柱的震害主要有塑性铰破坏和剪切破坏这两个方面的特征。柔桥墩柱在地震力的作用下，墩柱底部、顶部和墩柱与系梁连接处容易出现塑性铰，塑性铰混凝土在反复地震作用下剥落、破碎，进而便失去了承载能力。刚性墩在地震作用下，变形能力小，主要以强度抵抗地震力，当地震力超越其承载强度时，剪切破坏就会由此产生。
5、基础震害的破坏
扩大基础自身的震害是很少发生的，主要原因就是地质条件不良而出现了基础沉降、滑移和倾斜等；桩基础的破坏现象则时有发生，而且不易及早发现。基础的破坏与地基的破坏紧密相关，地基破坏主要是指地震作用下因砂土液化、不均匀沉降及稳定性不够等因素导致的地层水平滑移、下沉、断裂。
四、公路桥梁抗震设防的主要措施
1、选择地段
在设计之初，路桥项目工程的设计者就要对建筑地段合理的选择，对当地的地质资料和地震活动有准确的掌握，尽量避开基本烈度较高的地区和震害危险性较大的等不宜建筑的地段，采取适当的防护措施。
2、合理的设计结构方案
国内外桥梁抗震研究人员一直都在研究桥梁的合理构造措施，合理的构造措施可以提高整体的延性及滞回耗能能力。一般情况下，项目设计者在确定路线和控制点时，利用好当地的地形和地势，采取合理的设计方案，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，以确保桥梁的防震水平，从根本上减少自然平衡条件的破坏。
3、对桥梁系统中抗震强弱部分进行分析
根据多年来查阅资料，我们可以看出桥梁下部结构崩塌现象比较严重，相比较而言，桥梁上部结构的抗震能力比较好，震害会导致桥梁上部结构中桥梁端撞损、梁片分离，桥梁的主要功能不受影响，震后修复也比较容易。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。
4、桥梁延性设计抗震设计
延性设计抗震设计主要是利用结构及构件自身的延性耗能能力来抵抗抗震的破坏作用，在设计时主要是通过增加结构及构件延性来实现的，如梁体与墩、台的连接处增加隔震支座，可以有效的减少墩、台所受的水平地震力；利用桥墩延性抗震，采用隔震支座及阻尼器相结合的系统来达到减震的目的，从而提高桥梁的安全性能。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。
5、防止桥梁落架设计措施
在公路桥梁设计上，我们应该考虑主梁支承长度和主梁限位装置，在主梁支承长度上应放大取值，在纵向上我们可以设置纵向防落架构造，纵向装置不可妨碍纵向防落架构造功能的发挥，同时在强震区桥梁上结构应该采用重量轻的钢结构连续体系，增加整体性，减小地震惯性作用。
五、结束语
综上所述，我国是世界地震多发国家之一，公路桥梁这种典型的线状工程地震易损性是很高的。目前，地震对于公路桥梁结构的破坏规律是不可预测的。所以，设计人员要根据具体的地质环境条件，结合着公路桥梁的结构特点及合理的设计理念，控制好施工质量，从多方面入手来尽量降低震害对公路桥梁的影响。
参考文献
[1]王克海《浅谈公路桥梁抗震设计理念》[J]，《土木工程学报》2013年08期.
[2]郑丹《论桥梁抗震性能的评定》[J]，《公路交通技术》2011年04期.
公路桥梁抗震设计篇3
关键词：公路桥梁；抗震设计
abstract:basedontheseismicdesignofhighwaybridgemadesometheoryandpractice,thispapermainlyincludingbridgestructureanditsreasonanalysisandbridgedamageearthquake-reductiondesign,andthekeypointofthehighwaybridgeseismicfortificationmeasuresareintroducedinthispaper.
Keywords:highwaybridge;Seismicdesign
中图分类号：tU973+.31文献标识码：a文章编号：
我国处于世界两大地震带―――环太平洋地震带和亚欧地震带之间，是一个强震多发国家，汶川、玉树地震表明强烈地震将引发长期的社会政治、经济问题，并带来难以慰籍的感情创伤。在抗震救灾中，公路交通运输网更是抢救人民生命财产和尽快恢复生产、重建家园、减轻次生灾害的重要环节，所以公路桥梁是生命系统工程中的重要组成部分，公路桥梁抵抗震害的能力是桥梁设计中重点关注的问题之一[1]。
1桥梁结构震害及其原因分析
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:一、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。二、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。三、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。四、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。五、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[2]。
2桥梁减震设计要点
对于地震区的桥型选择，宜按下列几个原则进行：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。
2.1结构的刚度对称有利于抗震,不等跨的桥梁容易发生震害。特别是一座桥内墩身高度相差过大,在较矮的桥墩上会产生很大的地震水平力,跨径不同。在大跨径的桥孔的桥墩上也产生大的地震力。设计上尽量避免在高烈度区采用这种桥型,如无法避免。宜在不利墩上设置消能措施降低墩顶集成刚度,例如设抗震支座等。
2.2对桥梁抗震性加以分析研究,某类结构不能在地震区应提出更能内修建,在分析研究原有结构抗震性能的基础上,适应地震作用的结构型。其次,对结构抗震设计不是被动地作为地震作用时结构强度、变位的验算,而是要从设计角度,提高结构的防震能力,要系统考虑结构的行为能力设计。
2.3结合我国国情,研究结构控制的有效型式,加强抗震措施，必须采用“以柔克刚”的设想来考虑地震区结构抗震设防的“以刚克刚”的旧传统设防观点，对地裂、地出发点,改变单纯的边坡倒塌、沙土液化时桥梁结构如何抗震设防也应该做出深入的研究[3]。
2.4针对目前大量高架桥倒塌毁坏的教训,必须开展对抗震支座、各种型式桥墩的延性研究,要利用约束混凝土的概念预应力混凝土,而且可以提高它的延性。不但对钢筋混凝土、混凝土结构、混合结构的延性都需展开研究。
3公路桥梁抗震设防措施
合理的结构形式和成功的抗震设计,即合理的概念设计可以大大地减轻甚至避免震害的发生。一个是概念设计、一个是构造细节设计。需要注意的是,这两个东西其实和具体的抗震计算关系不大,计算只是辅助手段,只是验证概念和细节的合理性。所以设计师需要的是对桥梁抗震设计基本概念和原理的深刻理解。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。国内外桥梁抗震研究人员一直都在研究桥梁的合理构造措施,合理的构造措施可以提高整体的延性及滞回耗能能力。在确定路线的总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;在路线设计中,要合理利用地形,正确掌握标准,尽量采用浅挖低填的设计方案以减少对自然平衡条件的破坏。对于地震区的桥型选择,宜按下列几个原则进行: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。
4结语
虽然目前地震还不可有效的预测,但是只要我们通过研究认识到地震对结构的破坏规律,我们就能通过一定的抗震设防原则制定相关的抗震设防措施并控制好施工质量,这样就能尽量减低震害的影响。
参考文献
[1]赵国辉,刘健新.汶川地震桥梁震定分析及抗震设计启示[J].震灾防御技术,2008,3（4）：363-369.
[2]吉随旺,唐永建,胡德贵,汪军,陶双江.四川省汶川地震灾区干线公路典型震害特征分析[J].岩石力学与工程学报,2009,28（6）：1250-1260.
公路桥梁抗震设计篇4
关键词：公路桥梁；抗震；设计；措施
abstract:seismicdesignofthebridgeshouldbeinsistedon"thestrongestdesignprinciple",meetthebigemergencyearthquaketrafficfunction,designofmulti-channelseismicline,ensurethatsufficientredundancyandgoodstructureyieldmechanism.thispaperanalyzesthebridgestructurethemainformofearthquakedamage,andprobesintothemeasuresofthebridgeseismicdesign.
Keywords:highwaybridge;Seismic;Design;measures
中图分类号：X734文献标识码：a文章编号：
近几年来，世界各地强震不断，汶川等地震给人民的生命财产带来巨大危害。据专家预测，目前地震活动较为活跃，地球正处于地震活跃期，桥梁是生命线工程中的关键部分，因此桥梁抗震设计应坚持“最强设计原则”，满足大震后应急通行功能，设计多道抗震防线，确保足够的冗余度和良好的结构屈服机制。如何做好新建桥梁的抗震设计是关乎经济、安全、抗震救灾的重要课题。
一、桥梁结构地震破坏的主要形式
桥梁震害是地震灾害中最为常见的一种桥梁震害，具体情况是桥台和路基同时向河心移动，桩柱式桥台的桩柱随之开裂倾斜、折断；重力式桥台的胸墙开裂，桥台台体下沉、移动、转动；桥头的引道沉降，翼墙开裂、损坏，施工缝开裂，桥台撞击主梁导致结构破坏。
桥台的移动、倾斜可能导致主梁受压损坏，甚至有可能使主梁坍毁。
同样高发的桥梁震害还有桥墩震害以及支座震害。桥墩的震害主要有桥墩倾斜、沉降、移位、墩身剪断、开裂，受压缘的混凝土崩坏，钢筋屈曲、，桥墩与基础连接处折断、开裂等等。在震力作用下，部分支座在最初设计时并未充分考虑到抗震要求，缺乏连接、支挡等结构的必要构造措施，有些情况下，支座材料与形式上的缺陷直接造成支座产生过大的移位或者形变，进而导致了支座锚固螺栓剪断、活动、拔出，支座脱落，支座主体结构破坏等。这样的情况会导致结构力的传递形式发生变化，对整体结构中的其他部件产生非常不利的影响。
最为严重的桥梁震害现象则是主梁坠落。主梁坠落又称落梁，主要成因是桥台、桥墩的倾斜或者倒塌，梁体碰撞、支座破坏相邻桥墩间相对位移过大等情况。
除此之外，地基与基础震害也是导致桥梁倒塌的严重桥梁震害。地基震害导致的桥梁破坏属于灾后难以修复的桥梁震害，主要成因包括不均匀沉降、砂土液化稳定性低等因素造成的地层水平移动、地层下沉、地层断裂、地基破坏与基础破坏具有紧密的相关性，地基破坏通常直接导致基础破坏。
桥梁震害的成因具有很强的多样性。地震发生时，地层的移动会导致梁式桥梁上部的活动节点因为盖梁宽度不足而发生落梁或者梁体碰撞,而拱式结构的桥梁则会出现拱上建筑以及腹拱受损，拱圈在拱顶、拱脚处产生裂缝，整个拱圈隆起变形地基土的液化影响,也加大了地层移动的影响，放大了桥梁结构的振动反应，大大增加了发生落梁的可能性。采用排架桩的桥梁，会出现桩基承载力降低的情况，这样的情况会导致与地震无关的大幅度纵移、横移，这种现象在简支梁桥上格外突出。除此之外，地基强度低会导致部分地基土液化失效之后出现桥梁结构物整体倾斜、下沉、严重变形等情况，最终导致结构物破坏，震害加剧。
低强度的下部结构破坏指的是桥梁下部结构强度不足，难以抵抗自身的惯性以及支座传递下来的主梁地震力，在地震灾情发生是结构下部变形、开裂、失效，最终可能倾覆，引起整个桥梁的严重破坏。
二、桥梁的抗震设计措施
1、桥梁抗震概念设计
抗震概念设计是指根据地震灾害和工程经验等获得的基本设计原则和设计思想，正确地解决结构总体方案、材料使用和细部构造，以达到合理抗震设计的目的。合理抗震设计，要求设计出来的结构，在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合，使结构能够经济地实现抗震设防的目标。应当指出，强调概念设计重要，并非不重视数值计算，而是为了给抗震计算创造出有利条件，使计算分析结果更能反映地震时结构反应的实际情况。桥梁抗震概念设计阶段的主要任务是选择良好的抗震结构体系，主要根据桥梁结构抗震设计的一般要求进行。对于采用延性抗震概念设计的桥梁，还包括延性类型选择和塑性耗能机制选择。
2、抗震设计方法
（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。大量的试验和理论分析都表明，采用减、隔震支座桥梁结构的梁体通过支座与墩、台相联结的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入了相应的条款。
（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，从而耗散地震能量。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。
3、桥台抗震措施
桥台胸墙应适当加强，并增加配筋，在梁与梁之间和梁与桥台胸墙之间应设置弹性垫块，以缓和地震的冲击力采用浅基的小桥和通道应加强下部的支撑梁板或做满河床铺砌，使结构尽量保持四铰框架的结构，以防止墩台在地震时滑移。
当桥位难以避免液化土或软土地基时，应使桥梁中线与河流正交，并适当增加桥长，使桥台位于稳定的河岸上。桥台高度宜控制在8m以内；当台位处的路堤高度大于8m时，桥台应选择在地形平坦、横坡较缓、离主沟槽较远且地质条件相对较好的地段通过，并尽量降低高度，将台身埋置在路堤填方内，台周路堤边坡脚设置浆砌片石或混凝土挡墙进行防护，桥台基础酌留富余量。
如果地基条件允许，应尽量采用整体性强的t形、U形或箱形桥台，对于桩柱式桥台，宜采用埋置式。对柱式桥台和肋板式桥台，宜先填土压实，再钻孔或开挖，以保证填土的密实度。为防止砂土在地震时液化，台背宜用非透水性填料，并逐层夯实，要注意防水和排水措施。
4、桥墩抗震措施
利用桥墩的延性减震是当前桥梁抗震设计中常用的方法。高墩宜采用钢筋混凝土结构，宜采用空心截面、可适当加大桩、柱直径或采用双排
的柱式墩和排架桩墩，桩、柱间设置横系梁等，提高其抗弯延性和抗剪强
度。
在桥墩塑性铰区域及紧接承台下桩基的适当范围内应加强箍筋配置，墩柱的箍筋间距对延性影响很大，间距越小延性越大桥墩的高度相差过大时矮墩将因刚度大而最先破坏。可将矮墩放置在钢套筒里来调整墩柱的刚度和强度，套筒下端的标高同其他桥墩的地面标高。
5支撑连接构件抗震措施
墩台顶帽上均应设置防止落梁措施，加纵、横向挡块以限制支座的位移和滑动橡胶支座具有一定的消能作用，对抗震有利。在不利墩上还应采用减隔震支座（聚四氟乙烯支座、叠层橡胶支座和铅芯橡胶支座等）及塑性铰等消能防震装置等选用伸缩缝时，应使其变形能力满足预计地震产生的位移，并使伸缩缝支承面有足够的宽度，同时设置限位器与剪力键。
桥梁工程的抗震设计需要每个研究者的认真对待，它的设计体现在各个阶段，是一项重要的系统工程。在可行性研究阶段，应该将抗震概念的设计进行强化，选择桥型和桥位的时候要合理一点；初步的设计阶段，将抗震体系的设计强化，把合理的抗震验算准则和设防标准确定下来，将结构的总体进行分析，在设计的过程中，我们要重视抗震结构的每一个细节。
参考文献：
[1]李伟,崔雷,王玉海,韩继国.桥梁抗震设计及对策分析[J].吉林交通科技,2010,(02).
[2]鲁静.桥梁抗震设计问题分析[J].民营科技,2011,(03).
[3]高远,魏志刚,王庆宽.浅谈桥梁抗震分析方法[J].吉林交通科技,2009,(01).
公路桥梁抗震设计篇5
关键词：路桥工程；抗震理念；地震
地震是一种较为常见的自然灾害。高级别地震不仅会导致人员伤亡，还会对地面建筑物造成严重破坏。无论是道路还是桥梁，受地震的影响，均会发生结构断裂、塌陷的情况，对交通运行造成严重影响，同时阻碍社会经济的发展。所以，提高道路桥梁工程的抗震能力十分必要。设计阶段需要充分利用抗震理念，有效提升工程抗震性能，为人们的安全出行提供保障。
1桥梁工程震害及原因
1.1基础破坏
受地震的影响，桥梁易出现不同程度的损害，主要包括基础变形、位移、沉降、扭曲及开裂等。地震中多数倒塌与基础失效、砂土液化关系密切。砂土液化主要指饱和粉细砂不具备原有的抗剪能力，处于流动的状态［1］。基础破坏主要包括剪切破坏和弯曲破坏。如果桥梁截面剪切弯矩超过自身强度，截面便会出现裂缝。在地震荷载的作用下，桥梁结构易发生变形，变形严重时将导致桥梁混凝土脱落、内部混凝土崩裂及钢筋屈服等，造成桥梁结构承载能力下降，引发弯曲破坏。如果地基承载力下降，上部土层的桥墩也会发生程度不一的倾斜、滑移等。如果地震的强度较大，土体结构也会发生变化，强度下降，引发不均匀沉降。如果内力重新分布，将会导致结构塌陷，不但会阻塞河流，而且会导致水位上升。此外，桩柱埋入深度不足也会导致桥墩受损［2］。
1.2墩柱破坏
墩柱抗弯破坏的主要原因是延性不足，横向约束箍筋配置不足，间距过大，搭接失效，纵筋过早切断。墩柱剪切破坏的主要原因是抗剪强度不足，横向箍筋配置不够。
1.3支座破坏
在桥梁抗震减伤的需求方面，支座的设计未得到设计人员的充分重视。在桥梁结构中，连接与支挡之间的构造措施不足。同时，桥梁建设过程中多存在支架材料质量不佳、型号不符等问题，对抗震效果造成了严重影响。如果支座失效，导致梁体间或梁、墩台间位移较大，将引发伸缩缝、挡块破坏甚至落梁。
2路桥抗震设计理念
我国路桥抗震设计主要是在日本、美国等发达国家设计规范的基础上进行适当延伸而形成的。从目前我国的具体情况出发，考虑到公路桥梁的重要性和在抗震救灾中的作用，本着确保重点和节约投资的原则，对不同桥梁要求不同的抗震安全度。具体来讲，将公路桥梁分为a、B、C、D这4个抗震设防类别，并按抗震设防类别确定不同的设防标准和设防目标。《公路桥梁抗震设计规范》（JtG/t2231-01-2020）规定，e1地震作用下，各类桥梁要在弹性范围工作，结构强度和刚度基本保持不变。e2地震作用下，a类桥梁局部可发生开裂，裂缝宽度也可超过容许值，但混凝土保护层应保持完好，因为地震过程的持续时间比较短，地震后，在结构的自重作用下，地震过程中开展的裂缝一般可以闭合，不影响使用，而结构整体反应还在弹性范围。B类、C类桥梁在e2地震作用下要求不倒塌，且结构强度不能出现大幅度降低，钢筋混凝土桥梁墩柱抗弯承载能力降低幅度不应超过20%。e2地震作用下采用延性抗震设计，并引入能力保护设计原则，确保结构具有足够的延性变形能力，即结构的延性变形能力应大于延性变形需求并有适当的安全储备。通过能力保护设计，确保塑性铰只在选定的位置出现，并且不出现剪切破坏等破坏模式。由于地震发生的随机性，它对桥梁结构的作用也具有随机性。按照地震烈度及规范规定计算地震作用、进行结构强度验算，并不能保证结构绝对安全。如果结构方案不合理，构造措施不当，结构抗震性能是无法达成计算所假定的效果的。这就需要在设计过程中寻找最优的抗震设计方案，以达到抗震设防目标。第一，选择合适的桥位和桥型。在场地地质条件不连续、地震时地基可能产生较大相对位移的地段，不宜修建拱桥。在液化场地或软弱土层场地，桥梁基础应穿过液化土层或软土层。第二，桥梁应尽量采用对称的结构形式和均匀的布置方案。第三，梁式桥一联内各桥墩的刚度不宜相差太大。第四，多联梁式桥相邻联的基本周期不宜相差太大。第五，梁式桥一联内各桥墩刚度相差较大或相邻联基本周期相差较大时，宜采用适当的方法进行调整。第六，梁式桥的矮墩不宜设置固定支座，宜设置活动支座或板式橡胶支座。第七，普通桥梁宜选择完全延性结构，以获得最佳的经济效益。一些关键桥梁通常不宜采用完全延性结构，而应当选择有限延性结构或完全弹性结构，以获得较佳的抗震性能。对结构破坏可能引起社会动荡、造成严重经济损失（包括直接经济损失和间接经济损失）或为国防、救灾提供紧急车辆通行的关键性桥梁，则宜选择完全弹性结构进行抗震设计，以保证结构在小概率发生地震的作用下也能保持正常使用功能。第八，一般的延性抗震桥梁选择塑性耗能机制，即选择结构中预期出现塑性铰的位置。在选择塑性耗能机制时应遵循能量准则，以获得最优的耗能机制，并尽可能使预期的塑性铰出现在易于发现和易于修复的结构部位。
3抗震理念在路桥设计中的应用
以某工程为实例展开分析。该桥梁位于一级公路上，抗震设防类别为B类。
3.1设计过程
3.1.1明确参数。该桥梁工程抗震设防类型为B类，烈度为7度。场地类型为Ⅱ类，抗震措施等级为3级，e1地震作用重要性系数为0.43，e2地震作用重要性系数为1.30，抗震重要系数为0.43，特征周期为0.4s，加速峰值的大小为0.1g（g为重力加速度）。3.1.2抗震结构计算。以单柱墩作为抗震设计的分析对象。通过分析，能够得到支座顶面的纵向地震作用力和上部结构受到横向地震的作用力，明确各自对应的水平位移情况，掌握横桥向和顺桥向的地震作用［3］，最后根据永久作用效果计算弹性状态桥墩的强度值，明确桥墩柱的纵筋配置情况。3.1.3主要构件设计。对桥梁工程来说，墩柱和桩基是承受地震的关键构件。设计时，设计人员需要认真计算各结构的强度。明确桩基础强度后，将e1地震作用作为设计的重要基础，然后计算配筋率。在材料标准强度、最不利轴力的情况下，计算桥梁方向极限弯矩值。根据对应的剪力值和轴力值，对桩基的组合与直径进行合理设计，进而确保桩基础保持弹性状态，以便计算承载力。如果存在与标准不符的问题，要增加配筋率或者桩基。验算墩柱抗剪强度的过程中，以e1地震作用为基础合理设计弹性，在e2地震下进行延性设计，同时对墩柱、盖梁及基础等进行保护设计，计算桥梁、配筋率等相关的极限弯矩值。
3.2抗震设计方法
3.2.1合理选择墩柱截面。墩柱截面和桥梁的抗震能力关系密切，在保证上部结构、墩柱高墩保持一致的前提下，选择4个不同的截面尺寸。e1抗震结构的计算结果如表1所示。通过分析数据可知：如果桥梁的墩高、桥宽及跨径机构明确，使用较大的截面，在实际设计阶段会导致结构中墩柱纵向配筋的数量增加，造成弯矩值增加，对应的基础构件尺寸变大；如果使用小斜面，抗弯强度难以达到规范要求。所以，在实际设计阶段需要提高截面配筋率［4］。截面较大或者较小都难以满足设计要求，需要进行合理的假定验算，并在验算的基础上明确最终使用的截面大小。3.2.2合理选择固定支座。对一联桥梁来说，特别是和桥台连接的一联，结构中的固定支座尽量不要选择矮墩，这主要是因为矮墩的刚度较大，容易对结构抗震性能造成影响。铅芯橡胶支座具有良好的抗震效果，能够有效减少主梁的相对残余位移。3.2.3边梁端设计。在实际设计阶段，需要确保边梁端和墩柱的边缘保持合理的距离，避免地震过程中桥梁发生纵向落梁［5］。为了能够有效预防横向形变，需要在上部结构与桥梁相连的位置设置钢筋混凝土横向限位挡块。采用这一方法，能够有效避免地震灾害导致的水平位移，进而减少落梁风险。3.2.4单柱墩底塑性铰区设计。单柱墩底塑性铰区的密度较高，对长度进行设计的过程中需要根据墩柱截面长边尺寸或者墩柱高的20%进行选择，并比较两个数值，选择其中较大的数值作为加密长度。加密箍筋的最合适间距为0.1m。3.2.5承台和独柱墩下结点的连接设计。对该部位进行设计的过程中，需要确保墩柱垂直配筋和横向箍筋的连续性。在实际设计过程中，需要将墩底纵向柱钢筋延伸至承台的底部位置。图1为设计示意图。在进行路桥抗震设计时，不仅需要做好基础工作，还需要不断更新设计理念。我国路桥抗震设计规范缺乏对国内桥梁与国外桥梁结构传力系统差异性的关注，未对传力路径的差异展开针对性分析，因此不利于全面掌握路桥的实际情况。我国多数桥梁的下部结构为桥墩，日本等国家使用钢支撑，因此在抗震设计中存在一定的问题。此外，传力路径方面在规范和设计中也存在明显的差异。所以，在实际设计阶段，需要充分结合工程的具体情况进行设计。如果发生大地震，需要允许桥梁发生一定程度的损坏，如结构中的支座受损。该过程能够消耗地震形成的大量能量，具有保护墩柱的作用［6］。桥梁结构的支座具有一定的保险作用，对提高工程抗震能力具有积极作用。在实际设计阶段，可以适当利用上部结构和支座之间形成的摩擦消耗一定的能量，最大程度上减少地震对桩基造成的影响［7］。
4结语
抗震性能是评估桥梁工程安全性能的一项重要指标，因此在进行桥梁设计过程中要积极使用抗震理念，有效提高工程的抗震能力。在设计阶段，设计人员需要充分结合工程具体情况做好各环节的设计工作，从而保障桥梁工程的安全性。
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公路桥梁抗震设计篇6
关键词：山区高速公路；抗震；防震；工程技术
中图分类号：U44文献标识码：a
1概述
山区高速公路沿线地质构造一般极为复杂，经常表现为多构造类型，多期次构造的相互叠加，形成大规模的褶皱和韧性断裂带、脆性断裂带。经常存在晚近期活动断裂或早期断裂，对工程都会造成不同程度的影响。对近晚期活动性断裂，要提高其抗震设计的标准，并在工程地质详勘工作中，确定断裂通过线路的准确位置，才能有效提高山区高速公路的抗震、防震功能。
三淅高速公路灵宝至卢氏段是河南省高速公路网规划中编号S59的南北纵线三门峡至淅川高速公路的重要组成部分。项目北接山西省运宝高速芮城黄河大桥，南连湖北省郧县至十堰高速公路，是交通部《促进中部地区崛起公路水路交通发展规划纲要》中侯马至十堰高速公路的重要组成部分，是豫西南纵线运输动脉和重要的资源开发通道。项目路线总长约为80.881km，按四车道高速公路标准设计，设计速度80km/小时，路基宽度24.5m。主线特大桥1941.2m/1座，大桥16580.25m/56座，中桥873.5m/12座；隧道15275m/20座；分离式立交348.48m/4座。
项目区域历史上地震较为频繁，但多为小强度地震。根据国家标准《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），本项目地震动峰值加速度由北向南先后为0.15g、0.10g、0.05g，对应地震基本烈度分别为7、7、6度。7度和6度分界线基本上位于卢氏县杜关镇（K60+600）附近，分界点以北为7度区，以南为6度区。
2汶川大地震对公路抗震问题的启示
2008年5月12日，四川省汶川发生里氏8.0级强烈地震，这是建国以来我国发生的波及面最广、损失最大的一次地震。公路作为生命线工程在这次地震中遭受了非常严重的破坏，据不完全统计受损公路总里程达到53294km。公路受损主要有以下两种情况：一是由地震本身引起的，主要有路面错动，路基路面脱离，路面开裂等；另一种情况是由于地震造成的山体滑坡和滚石破坏公路，阻碍交通。汶川地震中，据对重灾区、极重灾区的统计，469座公路桥梁中，42座桥梁出现严重破坏或完全倒塌，其余以挡块剪坏、主梁移位等破坏为主；51座隧道中，1座破坏严重，其余以洞口被掩埋、衬砌开裂掉块破坏为主；受损路基、边坡占比14.58%，其余以边坡崩塌、路基被掩埋破坏为主。
汶川地震对公路单体结构物的抗震启示如下：桥梁结构：整体性和结构刚度分配均匀的桥梁震害小，如曲线桥比直线桥、斜交桥比正交桥破坏严重；抗震构造措施有助于提高结构抗震能力；隧道结构：对隧道放缓仰坡采用柔性防护；加强隧道在入口、转弯等刚度突变部位的构造措施；设置抗震变形缝。路基、边坡和支挡结构：对风化碎裂带较深的边坡采用长锚杆框架梁比短锚杆的挂网喷砼更为合适。
鉴于汶川地震的经验教训，本项目依据不同结构物形式采取了不同的抗震技术措施。
3三淅高速灵卢段具体抗震、防震工程技术措施
3.1隧道抗震技术措施
三淅高速公路灵卢段地处山岭重丘区，沿线共设20座隧道，穿越不同地质条件，做好隧道抗震有着重要的意义。
（1）对洞口段及一般软弱岩地段抗震技术措施如下：超前长管棚、超前小导管加固注浆和超前锚杆。
洞口段：Ⅴ～Ⅳ级围岩时，采用洞口超前长管棚（根据具体地质情况可以采用16m、28m和40m长管棚），为Ⅲ～Ⅳ级围岩时，可考虑采用洞口超前小导管，加强隧道洞口在地震作用下的稳定性。
一般软弱围岩地段：Ⅴ级围岩地段采用超前小导管进行预支护；Ⅳ级围岩地段采用超前锚杆进行预支护。
（2）格栅钢架
由于结构在强震作用下产生屈服进入弹塑性变形阶段，结构的刚度、自振周期和阻尼比都会发生变化，结构的破坏并不取决于瞬时的地震作用力，变形能力和耗能能力不足才是结构在强震作用下倒塌的主要原因。因此，在满足承载力情况下，四级围岩采用格栅钢架形式来增强地震作用下的变形及耗能能力。
（3）在隧道施工过程中在衬砌形式变化处或者连续过长的Ⅳ、Ⅴ围岩中按照每100m间距设置一道沉降缝，以减少地震引起的不均匀沉降对隧道的破坏。
3.2桥梁工程抗震技术措施
山区高速公路的桥梁，在地震发生后就是生命线的咽喉，该项目具有大中桥68座、特大桥1座，桥梁众多，因此，做好桥梁的抗震、防震工作具有重要的意义。
本项目桥梁工程采用的抗震、防震技术措施如下：
（1）小于30m的墩柱改独柱墩结构为双柱式桥墩，并根据墩高需要增加墩系梁，改善下部结构的受力性能，增强桥梁结构整体稳定性。
（2）当桥墩大于30m采用薄壁墩，对特别重要桥梁，如白水峪大桥采用双肢等截面矩形实体薄壁墩增强桥梁的抗震性能。
（3）桥梁上部结构采用先简支后结构连续的形式，增强桥梁的整体稳定性，结构连续可防止结构构件及非结构构件在地震时被震散掉落。
（4）新填土地段的桥梁基础采用沉桩、沉台结构形式，以保持桥梁在地震作用下基础的稳定性。
（5）小箱梁和t梁桥在盖梁顶均设有抗震挡块；跨径13m、16m预制板式桥梁，均在墩、台帽梁顶设置防震锚栓，防止在地震水平力作用下落梁。
3.3边坡抗震防护措施
山区高速公路存在大量高填深挖路段，如果高边坡防护措施做的不到位，在地震作用下很容易发生路基的滑坡、坍塌等破坏。本项目采用的边坡抗震防护措施如下：
（1）对易发生滑坡的深挖路基，在施工时埋设测斜管，可实时监测边坡变化情况，为边坡处理及震后边坡稳定性评价提供技术支持。
（2）根据边坡级别及各级边坡受力形式不同采用不同的防护形式，最大限度的确保路基在地震作用下的稳定。典型高边坡防护设计：从下往上Ⅰ、Ⅱ级边坡采用锚杆框架梁植草护坡；Ⅲ、Ⅳ级边坡采用预应力锚杆框架梁：Ⅴ级边坡采用实体护面墙防护。
（3）对存在潜在危岩落石的坡面，采用主动防护网系统以柔和性钢绳网系统覆盖，防止地震发生时，在地震波的作用下大量危岩的下落阻断公路交通。
4结语
本文在总结汶川大地震公路抗震经验教训的基础上，结合三淅高速公路灵宝至卢氏段公路建设的实际情况，详细探讨了本项目在隧道、桥梁及边坡防护建设中所采取的抗震技术措施，为后续山区高速公路抗震、防震技术提供一定的参考。
参考文献
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公路桥梁抗震设计篇7
【关键字】桥梁；地震破坏；结构设计
中图分类号：K928文献标识码：a
1前言
认识桥梁的震害及其原因，是做好桥梁抗震设计工作的前提，才能保证桥梁在地震中的可靠性、安全性，以减少损失，发挥其在抗震救灾中的作用。已建桥梁的结构形式多为简支梁和连续梁桥。所以本文重点讨论梁桥。
2地震中公路桥梁破坏的主要原因
一，桥址处山体崩塌滑坡等次生灾害引起的桥梁破坏。二，场地剧烈运动引起结构过大的振动而产生强大惯性力导致的强度破坏。三，场地过大的相对变位引起的结构内力或位移破坏及长周期地震导致的结构破坏。
3地震中公路桥梁破坏主要形式分析
3.1桥梁的整体坍塌
桥梁整体坍塌是因为桥梁所处位置山体多出现崩塌、滑坡等地质灾害,位于山下的桥梁受到滑坡及崩塌体的巨大冲击力而断裂倒塌。因此，桥梁在选址上应该尽量避免断裂层和地质病害多发段。
3.2落梁破坏
落梁破坏是指桥梁上部结构在地震力的作用下梁移过大，而导致梁体的整体滑落。梁体的过大位移还会导致伸缩缝和挡块的破坏，出现上部结构梁体相碰撞等。产生落梁破坏是由于支座约束梁体的位移能力不足和挡块的强度不够，缺乏必要的防落梁措施。
防落梁措施主要有以下几种：一、加大墩梁搭接长度，墩梁搭接长度实际上应该是梁与支座垫石的搭接长度，特别是垫石较高的情况，所以垫石的顺桥向宽度宜设置至墩边，这样可以增大墩梁搭接长度。二、纵向、横向约束装置。这种装置必须有足够的强度，同时不能妨碍支座变形。
3.3支座滑移破坏
支座滑移破坏是地震发生时常见的一种破坏形式。是梁体与支座之间的相对滑移。梁体在巨大的惯性力作用下带动支座滑移产生的破坏。所以支座应有一定的强度要求。但由于梁体与支座间出现相对滑动,对于桥墩和基础实际上起到隔震效果,使得墩柱和基础损伤一般较轻。所以在支座选择时，不仅要考虑支座本身的安全，还应考虑支座对整个结构影响的作用。
3.4墩柱破坏
墩柱破坏分为墩柱弯曲破坏和墩柱剪切破坏。
墩柱弯曲破坏是指由于在地震力作用下墩柱的抗弯承载力不足而导致墩柱破坏。其具体形式为墩柱一侧的混凝土被压溃而另一侧混凝土出现大裂缝。多发生在墩的底面。由于桥墩在破坏过程中出现塑性变形和刚度下降，降低了地震力的破坏强度，所以这种破坏形式通常可以避免桥梁在地震中发生倒塌。墩柱弯曲破坏是因为墩柱的延性设计不足即横向箍筋配置不足;二是构造上的缺陷:箍筋搭接失效、纵向筋过早切断锚固长度不足、箍筋端部没有弯钩等。而相应的措施是进行结构延性设计。
墩柱剪切破坏是指由于在地震力作用下墩柱的抗剪承载力不足而导致墩柱破坏，其具体形式为墩柱四周的混凝土全部发生粉碎性破坏。一般发生在帽梁与墩柱连接处、墩柱与承台的连接处。这种破坏形式是导致桥梁倒塌的主要原因。
墩柱剪切破坏的原因是墩柱的抗剪强度不足即横向箍筋配置不足，其解决方法是进行能力保护设计。
3.5基础破坏
基础破坏主要表现在地基土破坏和桩身破坏。地基土破坏主要为地层震陷和砂土液化。基础破坏表现在基础顶端混凝土破裂。因此设计时应避免基础作用于地震带、液化土层及软土上。而对于桩基础应进行能力保护设计。
3.6桥台破坏
桥台破坏是由于地震时自身受到的地震力、台后地震主动土压力及上部结构的撞击力导致的破坏。表现在桥台本身开裂、破坏，桥台后填土挤压桥台挡土墙等。
4地震分级设防理念
分级设防采用“小震不坏，中震可修，大震不倒”的分级设防理念,规定了在不同等级的地震激励下桥梁结构应具有不同的抗震性能。
“小震不坏”，要求桥梁在遭遇低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不损坏，不修理任然可以继续使用;“中震可修”，要求桥梁在遭遇相当于本地区抗震设防烈度的设计地震影响时，有限损坏，经及时修后理任然可以继续使用;“大震不倒”，要求桥梁在遭遇高于本地区抗震设防烈度的预估地震影响时，不至于坍塌，结构严重损坏，但任然可以加固后恢复交通。
5桥梁抗震设计方法
现在主要采用反应谱法及动态时程分析法进行桥梁的抗震设计。
反应谱方法用于抗震设计包括两个基本步骤:第一步是根据强震记录统计用于设计的地震动反应谱;第二步是将结构振动方程进行振型分解，将物理位移用振型广义坐标表示。最后，将各振型反应最大值组合起来设计。
反应谱的优点是，第一步工作只需做一次，一旦设计反应谱确定后，反应谱的计算工作只限于第二步上。反应谱的最大缺点是原则上只适用于线性结构体系的抗震设计。
动态时程分析法，重要的建筑物、大跨径桥梁和其它特殊结构物开始采用多节点、多自由度的结构有限元动力计算方法，把地震强迫振动的激振―地震加速度时程直接输入，对结构进行地震时程反应分析，这通称为动态时程分析。动态时程分析法可以精确地考虑结构、土和深基础相互作用，以及地震波相位差及不同地震波多分量多点输入等因素建立结构动力计算图式和相应的地震振动方程。同时，考虑结构几何和材料非线性以及各种减震、隔震装置非线性性质的非线性地震反应分析更趋成熟与完善。
6桥梁抗震结构合理设计
虽然地震强度高是桥梁损坏的主要原因,但桥梁结构刚度高度不规则,连接件设置不合理,结构本身设计缺陷在客观上加剧了结构的破坏。因此，桥梁结构在构造上还应满足一定的要求：
在高烈度地震区尽可能采用整体规则性好的桥梁结构,结构的布置要力求几何尺寸、质量和刚度均匀、对称、规则,避免突然变化。从几何线形上看,尽量选用直线桥梁。不适宜采用斜交桥。
采用板式橡胶支座的桥梁,如支座与上部结构间没有连接移约束措施,混凝土挡块在地震中可以牺牲,可以有效减少下部结构所受地震力。但对于这种类型的桥梁抗震设计的关键是:怎样采用合理的梁体限位装置、设置足够的梁墩合理搭接长度控制梁移在不发生落梁的范围又不增加墩柱地震力。
7结语
在地震作用下，结构构件的损伤是不可避免。广大桥梁设计者不仅要考虑通过传统的结构抗震设计方法即依靠增加结构构件的尺寸、配筋从而提高结构自身的强度、变形能力来抗震的，也应考虑通过适当选择塑性铰的发生顺序和细部延性设计以防止结构的倒塌。
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公路桥梁抗震设计篇8
关键词：桥梁；地震；抗震设计
地震属于天灾，但造成的灾害却是毁灭性的。人员大量的伤亡、各种地面建筑物设施的损坏，就连工程生命线的公路、铁路、桥梁也会遭受巨大的伤害。我国是一个多地震国家，地震中，桥梁的破坏将导致交通中断，这不但会影响人们的正常生活和经济运行，造成严重的经济损失，而且将严重影响震后救灾工作，使人员不能安全顺利疏散，并阻碍向灾区紧急输送救援人员和救灾物资，从而加剧地震灾害。为了保障公路桥梁设施的完好，就需要在桥梁设计中对桥梁抗震设计有充分的重视。
1抗震设计的好处及重要性
桥梁在设计之初时考虑到抗震设计使得在桥梁服役期内遇到地震可以保护桥梁的基础部位；对桥梁结构也可以进行支撑；还可以改善桥梁扭转的问题，不至于平衡尽失，降低地震威力对桥梁的毁坏程度。如果一旦发生地震，设计人员也可以第一时间更换相应的防震设计装置，减少了维修的时间，不至于使桥梁废弃等。
桥梁作为各个国家的基础建筑设施，由于其投资很大，管理中容易出现责任不清的情况，一旦由于外力发生损毁，将给国家和人民带来极大的经济损失和财产损失，所以要求在桥梁设计的时候就考虑到防震的层面上，因为桥梁的防震性能可以很好地减少在地震中的损失。
2桥梁抗震设计时遇到的问题
2.1桥梁设施抗震设计的重要基础
桥梁抗震设计的重要基础就是总体设计，设计桥梁抗震设计的核心内容就是选择桥位。在桥址选择时，需要错开地震发生时可能失效的松软地基土地，挑选比较坚硬的土地。桥址地比较理想的选择有碎石坚实地基、硬粘土等。选择桥址地的危险区域是人工进行的填土、比较软的粘土地基以及具有不稳定性的坡地。在设计拱桥的过程中应防止出现地质跨越断层，在比较困难的状况下应实施安全性评价。
除了选址以外，抗震总体设计中选择桥梁也是关键。选择的桥梁应综合地质地形条件、工程规模等一系列因素，实施综合性评价之后选取科学的桥型、墩台、型式基础。在选择桥型的过程之中需要选择先进技术、科学合理、方便加固修复的桥梁体系结构。与此同时还要使用减震的混凝土型钢结构。应尽可能选择利于抗震的桥孔等跨型式，同时还要尽量防止大跨与高墩之间的组合。需要注意较轻的自重、简单的体形以及均匀分布的质量。
2.2桥梁设施抗震设计要素
在抗震中最重要的因素就是对称的刚度结构，在不等跨桥中则更加容易产生震害，特别是出现比较大的桥梁高度差异时，桥墩比较低矮时会出现非常大的地震水平力，桥墩属于大跨径桥孔时也容易出现较大的地震力。在高烈风度区域应当尽可能防止使用这样的设计，假如不能避免出现这样的情况，则应在不利墩上选择具有抗震功能的支座等一些对桥墩墩顶整体刚度能有效降低的措施。
斜桥相对的抗震水平是比较低的。因为其具有较大的抗推刚度，在高烈度区域，桥墩动力基本周期系数也是非常大，在这样的状况下会造成赈灾的逐渐加剧。除此之外，因为发生地震时不够稳定的桥台，造成其逐渐移动至河心，桥长被缩短，造成桥孔出现错动或是扭转，直接造成墩台开裂或是折断。在地基允许的条件下，可以将台身制作为具有较强的整体性以及较高抗推刚度的外形，也可以利用置埋式。
3桥梁抗震设计措施
在桥梁结构体系的选择、桥型布置、路线走向以及桥梁结构细部设计中可以采取以下措施以达到结构防震、减少震害的效果。
3.1对常规的简支桥梁结构应加强桥面的连续构造。以及需提供足够的加固宽度以防止主粱发生位移落梁，另外还应适当的加宽墩台顶盖粱及支座的宽度，并增设防止位移的隔挡装置。
3.2桥梁位置应选在良好和稳定的河段，如果河段必须在稳定性差的软弱场地上通过，应尽量采用桥梁中线与河流正交，这样即使地震产生河岸滑移，影响也较小。若采用斜交，地震时极易产生河岸向河心滑移，会使桥梁随之发生错动或扭转破坏。由于拱桥对支座水平位移十分敏感，而两边桥台的非同步激振会引起较大的伪静力反应，有时甚至会大于惯隆力所引起的动力反应，因此要求震区的拱桥墩台基础务必设置于整体岩盘或同—类型的场址以保证震时各支座的同步激振。桥粱的基础应尽可能的建在可靠的地基上。否则软土的液化会加大地震反应。
3.3在地震区的桥梁结构以采用跨度相等、每联连续跨内下部墩身刚度相等为宜。跨度不均、墩身刚度不等极易发生震害。对各墩高度相差较大的情况可采用调整墩顶支座尺寸和桩顶设允许墩身位移的套筒来调整各墩的刚度，以便使之刚度尽量保持一致。地震区桥跨不宜太长，大跨度意味着墩柱承受的轴向力过大从而降低墩柱的延性力。对采用橡胶支座而无固定支座的桥跨，应加设防移角钢或设挡轨，作为支座的抗震设计。
3.4墩柱设计中应尽可能的使用螺旋形箍筋，以便为墩柱提供足够的约束。另外墩身及基础的纵向钢盘伸人盖粱和承台应有一定的锚固长度以增强连接点的延性，并且，桥墩基脚处应有足够的抵抗墩柱弯矩与剪切力的能力，不允许有塑性铰接。
3.5采用将桥墩某些部位设计成具有足够的延性，以使在强震作用下使该部位形成稳定的延性塑性铰，并产生弹塑性变形来延长结构的振动周期，耗散地震力。上部结构和桥墩完全连接的刚构体系。并且桩尖穿过可液化层达到坚硬土层上，由于结构的超静定次数增大和坚实的桩尖承载能力的保证，减少了由于土壤变形而失效的可能性。下部结构的主要基础措施有填充墙、支座加固、帽梁加固、加固桥台等。能够适用于桥梁的多柱；连梁能够有效提升横向排架混凝土的能力，可以在底部排架的标高位置设置连梁代替墩帽，也可以选择在地面与排架的标高之间调节横向排架的特定刚度。
4结语
在桥梁防震设计上我们还有很长的一段路要走，虽然我们已经迈出了我们坚实的脚步，但我们也要看到我们和发达国家还是存在着差距的，但我们应该正视这种差距，拿出切实可行的办法，找到突破口，多学习，多观察，相信未来我国在桥梁防震设计上一定会赶上发达国家，继而超越他们。
参考文献
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[2]李伟，崔雷，王玉海，韩继国.桥梁抗震设计及对策分析吉林交通科技[J].2010（4）.
公路桥梁抗震设计篇9
关键词：液体粘滞阻尼器；抗震加固；实用性；应用前景
中图分类号：U445.2文献标识码:
applicationofResearchandpracticabilityanalysisofFVDinmunicipalBridgeSeismicStrengthening
QinZhiyuan1,ChenYongqi2
(1.BeijingUniversityofCivilengineeringandarchitecture,100044；2.BeijingQitaiShockControlandScientificDevelopmentCo.,Ltd,Beijing100037)
abstract:thispaperfirstlymakeanalysisofthebridge'sseismicvulnerabilityandseismicstrengtheningmethods,andthensummarizeexperiencesonthepracticaldesigningofseismicstrengtheningofmunicipalbridges,suchasFuChengmenbridge,DeShengmenbridge,anDingmenbridge,etc..thesummarizeshowsthedesigningmethodofmunicipalbridgesstrengtheningwhenusingtheFVD,andalso,itiscomparedwiththeconventionalreinforcementtechnology,whichrevealstheadvantagesofreinforcementmeasuresinengineeringcost,trafficimpact,andimplementation.inaddition,itanalysestheoptimizationanalysismethodofthedamperparameters.Finally,itproposeproblemsofdampershasexistedinournationandthedampers'prospectandmarket.amongthecasesstudied,theresearchresultsshowthat:thebridgeswithoutseismicdesigningalwayshavetheshortagesofhavingnoenoughductilityintherareearthquakes.However,themethodofseismicreductionandisolationreinforcement,especiallythetechnicalmeasuresofviscousdamperappliedbetweenthepier,girderandabutment,providesagoodsolutionforthereinforcementofbridges.notonlyeffectofthereinforcementisobviousandthecostislow,butalso,thepracticabilityishighandthetrafficimpactislow.inaddition,itissuitableforapplication.also,theoptimizationofthedampers'locationanddesignparameterneedtobetakenintoaccountduringthedesigningprocessofdampers.itneedstobenoticedthatthetargetdisplacementshouldbedistinctandtheincreasedpartialdemandofforcecausedbytheconnectioncomponentsintheprocessofreinforcementdesigning.
Keywords:fluidviscousdamper;seismicstrengthening;practicalapplication;applicationprospect
作者简介：陈永祁，男，美国，Ce0&高级工程师，美国纽约州立布法罗分校工程博士，主要研究方向为地震结构保护系统(e-mail:)
1前言
截至2011年底，我国在役的公路桥梁总数达68.9万座。这些桥梁按建造年代考虑，1990年全国桥梁总数约为16.8万座，2000年约为23.1万座，到2008年底为59.5万座．1990年之前桥梁(占总数的24%)绝大多数位于等级较低的公路上，这些桥梁建造时有的没有进行抗震设计，有的是按照早期房屋建筑规范中抗震相关条文或1977《公路工程抗震设计规范》试行稿进行抗震设计的;1990～2008年期间建造的桥梁，大约42.7万座桥梁(占总数的62%)基本都是依据1989年颁布的《公路工程抗震设计规范》(简称89规范)进行抗震设计的。2009年起建造的桥梁，基本都是按照2008年颁布的《公路桥梁抗震设计细则》(简称08细则)设计的。随着《公路08细则》[1]《城市桥梁抗震设计规范》[2]的颁布，城市防灾规划要求的提升，对城市立交桥的抗震性能继而提出更高要求，即城市桥梁应保证在罕遇地震下维持正常交通功能[9]。
因此，公路桥梁应尽快展开维修加固，使城市交通基础设施在地震灾害中保证使用功能，维护人民生命财产安全。
2既有桥梁地震易损特点和抗震加固原则
截至2008年底，我国建造并运营的公路桥梁总数大约有59.5万座桥梁，占当前既有公路桥梁总数的62%。这些桥梁大部分是依据“89规范”进行抗震设计的。与“08细则”相比，这些既有公路桥梁存在的地震易损特点主要体现在以下几个方面:1)既有公路桥梁是依照单一水准即多遇地震进行抗震计算、设计和检算的，而我国当前公路桥梁是依据两级设防地震水准进行抗震设计的。2)与“08细则”相比较，上述年代建造的既有桥梁在延性构造如箍筋约束、纵筋间距、纵筋搭接、锚固长度、抗剪和盖梁配筋、框架桥墩节点区域构造要求均存在一定不足，将导致桥墩延性能力不足，框架节点区域也可能遭受破坏。3)“08细则”对防落梁装置和挡块设置提出了更高要求，特别是对跨径小于40m的梁式桥，这意味着既有桥梁的防落梁搭接长度相对不足，存在较高的落梁破坏风险。
另外，根据专家在北京设计的经验在城市立交桥梁中看出，存在以下问题：1)高墩纵向钢筋配置不均时，在变截面处加密箍筋，否则会导致抗弯能力不足，发生弯曲破坏。2)矮桥墩要保证抗剪力足够，否则会发生脆性断裂。3)目前抗震挡块的抗冲击力不足，应适当予以提高。4)马甸桥、东便门桥、天宁寺桥等市政桥梁，均不同程度存在设防地震或罕遇地震下桥墩抗弯承载能力不足[4]。
根据以上易损性地特点，如下桥梁抗震加固原则被提出：
首先，应从体系抗震加固角度出发，依据识别的抗震薄弱部位或构件，讨论经济有效的加固方案，并从提高桥梁各构件的抗震能力(强度和延性能力)和减低地震对桥梁结构的地震需求(减隔震)两方面出发，来探讨各种可能的有效加固方案。
其次，在体系抗震加固方案比选的基础时需同时考虑桥梁正常使用条件的限制。
3桥梁抗震加固方法
目前从桥梁结构体系角度出发的抗震加固方法主要有：（1）梁连续化、质量轻型化方法（2）常规抗震加固方法（3）减、隔震加固技术（4）改变现有结构体系加固法（5）防落梁构造加固方法。虽然抗震加固有种种方法，但对某具体工程，往往需要在技术、经济、施工等的可行性中进行反复论证，才能提出合理可行的方案。另外，于2014年2月21日由住房城乡建设部推出关于房屋建筑工程推广应用减隔震技术的条文中提出，近年来，随着建筑工程减震隔震技术研究不断深入，我国一些应用了减隔震技术的工程经受了汶川，芦山等地震的实际考验，保障了人民生命财产安全，产生了良好社会效益。实践证明，减隔震技术能有效减轻地震作用，提升房屋建筑工程抗震设防能力。并且提出了加强宣传指导，做好推广应用工作，加强设计管理，提高减隔震技术应用水平，加强施工管理，保证减隔震工程质量的等具体要求。可见未来的抗震加固趋向将主要围绕减隔震加固技术展开[10]。
4市政桥梁粘滞阻尼器加固的典型案例
这部分，笔者将之前参与的三个工程即北京的阜成门桥，德胜门桥，安定门桥进行有关粘滞阻尼器抗震加固方案的研究进行分析，并且其中阜成门桥。笔者主要侧重于抗震效果和经济性分析方面展开，德胜门和安定门主要就抗震的参数优化方面进行分析。
4.1案例一北京阜成门桥[4]
4.1.1模型建立
采用空间结构有限元建立该桥的有限元动力计算模型，以顺桥向为x轴，横桥向为y轴，竖向为z轴。主梁、墩柱、单桩采用梁单元模拟，桩周围采用土弹簧模拟桩土相互作用。全桥计算模型如图1。
图1阜成门桥抗震分析模型
Fig.1theFeamodelofFuChengmenBridge
4.1.2现况桥梁抗震能力分析
根据《公路08细则》，可确定e1地震（50年超越概率63％）、e2地震（50年超越概率2％）设计水平加速度反应谱如下图2所示。以设计反应谱为目标谱，生成人工地震波如图3、4所示。并得出现况桥梁地震反应如表1。
图2阜成门桥设计地震反应谱（2008年版抗震细则）
Fig.2theearthquakeresponsespectrumofFuchengmenBridge
图3e1工地震时程图4e2人工地震时程
Fig.3theartificialwavesofe1-levelearthquakeFig.4theartificialwavesofe2-levelearthquake
表1现况桥梁地震反应
table1Seismicresponsesofthecurrentbridge
地震水平墩柱名称剪力（kn）抗剪能力（kn）弯矩（kn・m）抗弯能力（kn・m）梁端位移（cm）
e1纵向+竖向固定墩264178125610804
活动墩1711651689
固定墩桩69130415691012
活动墩桩3624784530
e2纵向+竖向固定墩塑性转铰不满足现行延性构件的构造要求15
4.1.3阻尼器加固后抗震能力分析
经过设计经验总结，采用减震技术对整体结构进行抗震加固。即在桥梁两端的主梁与桥台之间安装液态粘滞阻尼器，通过阻尼器耗散地震能量，使固定墩分担的地震力显著减小。达到即使在罕遇地震作用下，固定墩在原有配筋条件下处于弹性阶段，确保地震中不损伤。由单柱墩抗弯能力与墩顶位移的相关关系，可以确定墩顶的极限位移为1.5cm。以此作为罕遇地震下结构目标位移，结合主梁横断面情况，按照工程经验在两侧桥台各设置10个阻尼器，初步拟定阻尼器参数选取范围：C=700～1200kn•(s/m)α，α=0.2～0.6，在此范围进行阻尼器参数比选分析。最终确定阻尼器参数为：C=1000kn•(s/m)α，α=0.3。采用此方案，结构地震反应计算结果如表2所示。
表2阻尼器加固桥梁抗震能力分析
table2seismicresistanceanalysisofbridgewithdampers
地震水平墩柱名称剪力（kn）抗剪能力（kn）弯矩（kn・m）抗弯能力（kn・m）梁端位移（cm）
e1纵向输入固定墩81783710800.1
活动墩1811651689
固定墩桩20304481012
活动墩桩3624784530
e2纵向输入固定墩6217850810801
活动墩62116182689
固定墩桩2603045681012
活动墩桩123247287530
另外，注意到应用粘滞阻尼器会增加桥台受力，应进行复核验算。
4.1.4加固方案经济性及可实施性分析
将阻尼器加固方案与常规加固方案进行比较表明，如表3所示：该方法可以降低维修加固成本38%左右，且交通影响很小（只须占辅路非机动车道安装阻尼器施工），因而可操作性强，施工过程可见图11。
表3加固方案比较
table3thecomparisonofstrengthenscheme
项目名称常规加固方案阻尼器加固方案
主要工作内容更换中墩支座；增大墩柱截面，并外包钢板；对原承台进行加宽处理，在承台加宽部分下施工桩基础在主梁及桥台表面安装阻尼器基座及锚筋
交通影响二环主辅路各断行一个车道对二环辅路有一定影响，但不断路
施工周期约90天约60天
总造价1220万760万
4.2案例二德胜门东桥[5]
4.2.1模型建立
对德胜门原桥进行抗震性能评估：结构建模采用三维空间有限元模型，主梁、桥墩采用空间梁单元，桥面板采用均匀布置在主梁上梁单元的，边跨两侧在顺桥向以及横桥向采用弹簧单元模拟支座；图5为德胜门桥有限元模型。
图5德胜门桥计算模型
Fig.1theCaculationmodelofDeshengmenBridge图6e2级的地震下频谱数据
Fig.2thefrequencyspectrumdataofe2-levelearthquake
4.2.2现况桥梁抗震能力
对现况桥梁进行反应谱分析，采用《公路桥梁抗震设计细则JtG/tB02-01―2008》[5]中的阻尼比为0.05的设计加速度反应谱。e1地震下，水平设计加速度反应谱最大值取为0.19g；e2地震下，水平设计加速度反应谱最大值取为0.59g，如图6。桥台前墙应力状况如表4；桥墩控制截面受力如表5。
表4桥台前墙应力状况表5墩底弯矩（kn・m）
table4thestressoffrontwallofabutmenttable5themomentofthebottomofthepier
阶段正常使用e1地震e2地震阶段正常使用e1地震e2地震抗弯承载能力
前墙前应力(mpa)-0.83(压)-0.89(压)-1.77(压)墩底弯矩(kn・m)
73.77
147.8
447.9235
前墙背应力(mpa)0.35(拉)0.47(拉)2.2(拉)
中墩及分界墩在e1地震作用下处于弹性工作状态，如不进行减隔震设计，e2地震作用下墩柱将进入塑性状态，需要对墩柱抗剪及基础进行能力保护设计，但现况桥梁不能满足延性要求。
4.2.3阻尼器优化设计
以e1及e2下的反应谱为目标谱，各生成三条人工地震波作为地震输入进行时程反应分析，对阻尼器进行优化。阻尼器优化是布置位置，阻尼器个数，阻尼系数和速度指数等参数不断组合优化选取的过程，本工程优化时速度指数a选取了介于0.2-1之间的数值，C值取500-2000kn（s/m）a之间的数值。在设计中主要进行布置位置的优化和设计参数的优化。
4.2.3.1布置位置优化
图7加固方案剪力响应对比图8加固方案弯矩响应对比图9加固方案相位移响应对比
Fig.7comparisonofshearforceresponseofFig.8comparisonofmomentresponseofFig.9comparisonofdisplacementresponseof
reinforcementschemereinforcementschemereinforcementscheme
结合德胜门桥结构形式提出两种阻尼器布置方案。方案一：桥台与主梁之间布置阻尼器8套，阻尼系数C=500kn（s/m），速度指数a=0.3；方案二：分界墩和主梁之间布置阻尼器8套，C=500kn（s/m），a=0.3。在e2地震作用下，采用非线性振型叠加法进行施加阻尼器结构关键响应的地震反应分析。对其进行地震反应对比如上图7~图9。
由上图可见：在桥台处布置粘滞阻尼器后，分界墩，中墩受力及位移可取得可观的减震效果，但在e2地震下，桥台受力仍较大，仍然需要验算加强；若在分界墩处布置阻尼器，桥台受力大幅降低，可无需再加固桥台，但阻尼器参数还应适当优化，以确保分界墩及中墩的受力满足要求。见下文。
4.2.3.2设计参数优化
根据桥梁结构的实际情况，初步选用桥墩处布置阻尼器的方案。此外在上述分析中可以发现，桥墩处布置阻尼器时墩底剪力是地震控制响应。为此，文章选出了几种设计方案（方案a：8套C=500kn（s/m）；方案B：16套C=500kn（s/m）0.3；方案C：16套C=1000kn（s/m）0.3）；方案D：16套C=1500kn（s/m）0.3），对关键响应进行比较分析，对设计参数进行优化，如表6。
表:6不同阻尼参数方案墩底关键响应的比较
table6comparisonofkeyresponseofdifferentdamperparametersofpier’sbottom
墩柱地震波方案a方案B方案C方案D未布置阻尼器
左墩人工波136.924.48.44.977.5
人工波244.128.87.94.978.5
人工波342.127.96.34.982.3
中墩人工波136.924.48.44.877.5
人工波244.228.87.94.878.5
人工波342.127.96.34.882.3
右墩人工波136.924.48.43.877.6
人工波244.228.87.93.878.5
人工波342.127.96.33.982.3
由上表可以看出，阻尼器布置越多对桥梁抗震越是有利，但是造价较高，可实施性也会较差。可以根据每种方案之间减震率的差值，分别为12.7%，22.2%，16.2%，因此阻尼器选择16套阻尼系数为1000Kn（s/m）0.3时，减震率增加幅度最大，经济性也较好。因此本桥最终选用方案为：两侧分界墩处，每侧各布置8套粘滞阻尼器，共计16套，其参数为C=1000kn（s/m），a=0.3。
4.2.4阻尼器加固后减震率分析
采用该方案后，其减震率如下表所示（篇幅限制，仅以桥台剪力为例）：
表7桥台剪力最大值（kn）
table7themaximumshearforceofabutment
地震波原模型时程结果减震后减震率
左侧人工波1943.8108.688.5%
人工波21000.17183.4881.7%
人工波31039.36134.1287.1%
右侧人工波1943.79108.688.5%
人工波21000.15183.4781.7%
人工波31039.35134.1287.1%
桥台剪力减震率达60%以上，效果显著。
经粘滞阻尼器减震后，所有墩柱的最大弯矩值均小于其承载力限值，保证了桥墩在遭遇罕遇地震工况下的承载安全，满足了要求。同时通过布置位置及阻尼参数的优化设计，其减震率和可实施性得到了良好的保证，取得了很好的经济效益和社会效益。
4.3案例三安定门东桥[5]
鉴于安定门的设计及阻尼器的优化方案方法相似，本文不再赘述。主要对阻尼器加固后的减震率进行分析：
关键构件的地震响应如下所示（篇幅限制，仅以墩柱墩底内力为例）。
表8各墩柱墩底内力（kn）
table13themaximumshearforceofthebaseofboundaryandintermediatepier
地震波原模型墩底剪力加固方案墩底剪力减震率
分
界
墩左人工波1252.4416.2793.6%
人工波2239.2525.3589.4%
人工波3230.5118.7691.9%
右人工波1252.4316.2793.6%
人工波2239.2425.3589.4%
人工波3230.5018.7691.9%
中墩人工波158.9115.2774.1%
人工波258.9914.5075.4%
人工波353.2514.2573.2%
经粘滞阻尼器减震后，所有墩柱的最大弯矩值均小于其承载力限值，保证了桥墩在遭遇罕遇地震工况下的承载安全，满足了要求。
4.4工程案例现场施工图
图10现场施工图
Fig.10picturesofSiteoperation
4.4案例经验总结
根据前面的案例，以得到以下经验：
（1）没有进行抗震设计、或按照77规范进行抗震设计的现役城市桥梁，一般而言普遍存在罕遇地震下延性能力不足等缺陷，应尽快开展抗震加固。
（2）减、隔震加固方法，特别是在墩梁、桥台主梁之间施加粘滞阻尼器的技术措施，为在交通拥堵严重的城市中进行立交桥抗震加固提供了一个很好的解决方案。
（3）减震加固时，需进行阻尼器布置位置及设计参数的优化，在达到控制目标位移的基础上，确保与阻尼器连接关键构件能满足承载力及正常使用极限状态的要求。
当然通过上述实例可发现，采用液体粘滞阻尼器对城市立交桥进行减、隔震加固，只要布置位置恰当，参数选择合理，则无论在墩台受力方面，还是防落梁方面，都具有显著地减震效果；与常规加固方法相比，无论是对交通的影响，或者是施工的复杂性和时间，还是造价方面也都有较大优势，易于在同类桥梁中推广应用。
5阻尼器在我国应用存在的问题及其前景（市场走向）
5.1阻尼器在我国应用存在的问题及其前景
近些年来,随着我国基础建设的加强,大型公共建筑和桥梁的飞速发展,阻尼器在我国土木工程界的发展很快,还将有更大的发展空间。在美国阻尼器的大量应用是经过十几年的发展过程。这是一个从基础研究到工程鉴定、从大量的试验到设计规范、直到140多个大型工程的应用过程。在我国,基础研究和大量的使用比起来就显得不足。不少问题有待我们去改进和提高，例如，缺少相应的设计规范和阻尼器验收规程，减隔震设备的测试手段和测试规程欠缺以及阻尼器基本知识的普及等。
5.2抗震阻尼器未来的市场走向
在国际上，阻尼器的应用已经十分广泛，迎来了自身发展的“新纪元”。国内市场前景很好。也正因国内市场前景可观，一些山寨产品、甚至是假冒伪劣产品的发展速度惊人，它的低价位成为了主要的市场竞争手段。我们只能面对这种形势，在阻尼器产品的介绍宣传和工程实际应用上更加努力，提高大家对这种产品的认识，并通过自己的国际优势，将世界上最先进的理论、最优良的产品推广到国内。
总之,近十几年来,随着桥梁工程、抗震工程等在我国的发展,阻尼器在我国土木工程界应用越来越广泛,随着我国基础建设力度的加大,阻尼器在我国有十分广阔的应用空间。我们已有了一个很好的开始。随着进一步的完善,一定会有更加广阔的发展前景。
参考文献
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公路桥梁抗震设计篇10
[关键词]桥梁工程抗震设计分析
中图分类号：U442.55文献标识码：a文章编号：1009-914X（2014）27-0194-02
一、前言
近年来，我国地震频发，公路、铁路桥梁等交通工程在地震中遭到了不同程度的破坏，因此如何提高桥梁的抗震能力，加强桥梁工程抗震研究的重要性便显得十分重要。桥梁工程是交通枢纽中的重中之重，强震往往使公路、铁路桥梁遭到严重破坏，不但影响着交通的正常通行，还有可能引发次生灾害，如滑坡、泥石流等等，给交通恢复带来极大的困难。故桥梁抗震设计结合地形、地质条件、构造特点、工程规模及震害经验等因素，确定合理的桥型及墩台、基础形式就显得尤为重要。大量的震害表明，基础震害常使桥梁的修复、加固变得十分困难，甚至无法修复。因此，对于地震区（特别是8度及以上强震地区）的桥梁在场地选择和基础设计时应倍加重视。[1]
二、提出问题的原因
公路、铁路交通是国民经济发展的命脉，因此，对这些承担着发展地区经济使命的桥梁工程进行抗震设防是非常必要的。但是，由于各国抗震设计规范规定的是最低设防要求，而且仅适用于桥梁跨度不超过150m的梁式桥，所以几乎所有大型桥梁的抗震设计首先需要明确的就是抗震设防标准，如何确定重大桥梁工程的抗震设防标准成为摆在设计人员面前的一个难题。在历次破坏性地震中，支座的震害现象都较普遍；下部结构和基础的严重破坏是引起桥梁倒塌、并在震后难以修复使用的主要原因。而桥梁震害产生的原因有两大类，一类是地基失效引起的破坏，另一类是结构的强烈振动引起的破坏。对于后者，又主要源于两方面的原因：一是结构设计和细部构造以及施工方法上存在缺陷；二是结构遭遇的地震动的强度远远超过人们的估计，结构无法抵御而破坏。要减轻地震灾害，就要采取各种抗震措施，对工程结构进行抗震设防，这就免不了要增加工程的造价，而这些投资往往只能在遭遇设防地震时才能见到效益。[2]
三、桥梁结构抗震设计的理念和原则
1、桥梁结构抗震设计的理念。目前桥梁结构抗震设计的理念为小震不坏、中震可修和大震不倒，也就是说在实际桥梁结构抗震设计中，应该根据桥梁所在区域地震发生的频率，并结合罕见地震对整个桥梁进行多标准的设计。具体来说，设计出来的桥梁在遇到小规模地震的时候，其桥梁结构应该处于弹性阶段，即内部结构不能出现损害或者仅仅出现很轻微的损害，从而保证桥梁在小规模地震时能够正常使用；当设计出来的桥梁遇到中规模的地震时，其桥梁结构将会进入非弹性阶段，即桥梁可能发生部分损害，但应该保证这些损害区域都处于可修复的程度，同时应该在地震后尽快的对桥梁进行修复工作，从而使桥梁尽快的实现其职能；当设计出来的桥梁遇到大规模的地震时，其桥梁结构将会进入弹塑性阶段，即桥梁很可能会发生严重的破坏，但应该保证桥梁不会发生整体的坍塌现象，同时经过快速的维修以后可保证桥梁能够安全的通车。一般情况下，桥梁结构的抗震设计都应该满足以上理念，并根据抗震设防烈度进行相应的抗震措施。
2、桥梁结构抗震设计的原则。在进行桥梁结构抗震设计时，应该遵守七个原则。第一是桥梁结构的抗震设计应该和桥梁施工区域的地质地形、地震灾害情况等各种情况结合在一起，从而选择出最合理的桥型方案；第二是为了增强桥梁的抗震性能，在同一个桥梁设计中应该适量的减轻桥梁上部的重量，从而进一步增强桥梁的抗震性能；第三在进行桥梁结构设计时，应该尽量的使桥梁形体简单，质量均匀、有利于施工作业等，同时还应该尽可能的避免结构截面突变等情况；第四在桥梁结构的抗震设计中，应该采取能够增强桥梁整体性的连接模式，并在各个连接点应该采用相应的减震措施和减震装置，从而提高桥梁在地震发生时的稳定性；第五设计出来的桥梁应该满足经济合理、便于修复等多方面的要求；第六是对于桥梁的抗震，应该在减震和隔震支座方面进行集中探究，同时还应该增强对钢筋混凝土桥墩的计算与分析，从而增强钢筋混凝土桥墩的可靠性；第七是对于一些高墩和大跨的桥梁结构抗震设计，应该进行专门的抗震设计专题探讨。
四、桥梁抗震设计方法
桥梁抗震设计是指根据地震灾害和工程经验等获得的基本设计原则和设计思想，正确地解决结构总体方案、材料使用和细部构造，以达到合理抗震设计的目的。合理的抗震设计，可以使设计出来桥梁在强度、刚度和延性等指标上达到最佳的组合，使结构能够以最低的成本的实现抗震的目标。
1、提高结构和构件的强度和延性。抗震设计要力图使从地基传入结构的振动能量为最小，并使结构具有适当的强度、刚度和延性。在不增加自重，刚度一定的前提下，提高结构的强度和延性是两个有效的抗震途径。刚度的选择有助于控制结构变形；强度与延性则是决定结构抗震能力的两个重要参数。由于地震可造成结构和构件周期反复变形，使其刚度与强度逐渐退化，因此，只重视强度而忽视延性不是成功的抗震设计。
2、体系的整体性和规则性。桥梁的整体结构要协调，上部结构应尽可能是连续的。较好的整体性结构可有效防止构件及非结构构件在地震时被震散掉落，同时它也是结构发挥空间作用的基本条件。不管是在平面还是在立面上，结构的设计都要力求使桥梁在质量、刚度、几何尺寸等方面协调匀称，避免结构断面的突变。
3、多阶段设计方法。随着对地震产生机理、地震特性以及地震作用下，各类结构动力特性、破坏机理、构件能力研究认识的加深以及对结构在不同发生概率地震作用下预期性能目标的不同，促使结构设计在设计原则、设防水准等各个方面进行不断改进。由原来的单一设防水准一阶段设计逐渐改进为双水准或三水准两阶段设计、三阶段设计，以及多水准设防、多性能目标准则的基于结构性能的设计等。
五、多级设防的抗震设计思想
随着国内外震害资料的不断增加，人们对地震动特性以及地震作用下各类结构的动力响应特性、破坏机理、构件能力的研究和认识也不断加深。而另一方面，由于经济的原因，社会、团体组织对结构在不同水准地震作用下结构预期抗震性能会有不同的要求。这些因素，不断地促进抗震设计思想和方法的发展，由原来的单一设防水准一阶段设计逐渐发展为双水准或三水准设防两阶段设计、三阶段设计，以及多水准设防、多性能目标准则的基于性能的抗震设计等。（1）双水准设防、三水准设防两阶段设计近几十年来，美国、日本及我国等国家的地震工程专家先后提出了分类设防的抗震设计思想，即“小震不坏、中震可修、大震不倒”。这一抗震设计思想常表示为以下三个要求：在小震（多遇地震）作用下，结构物不需修理，仍可正常使用；在中震（偶遇地震）作用下，结构物无重大损坏，经修复后仍可继续使用；在大震（罕遇地震）作用下，结构物可能产生重大破坏，但不致倒塌。（2）多水准设防、多性能目标的基于性能的抗震设计多次破坏性地震的震害表明：基于不倒塌的抗震设计在保护生命安全方面是比较有效的，但难以避免巨大的经济损失。而且越来越多的学者已认同将来的抗震设计应是基于性能的抗震设计，因此可以说是桥梁抗震设计方法的发展趋势。
六、国内外的抗震设防水准
国内外桥梁抗震设计规范中规定的抗震设防水准，可以看出美国、加拿大、欧洲规范都采用重现期来描述设防水准。[3]美国aaSHto规范将50年超越概率10%（重现期475年）的地震水平作为设计地震动。给出了2个地震动水准：功能评价地震动（由认可的组织进行确定）和安全评价地震动（由地震危险性分布图得到，重现期1000～2000年）。欧洲规范（eC8）设计地震水平近似具有475年的重现期。加拿大抗震设计规范生命线桥梁按1000年重现期的地震进行设计；其他桥梁按设计地震（475年重现期）进行设计。由于当地地理、环境等多种因素，日本并不信任概率法，对于大多数地区准确的重现期是不清楚的。我国公路工程抗震设计规范将50年超越概率10%的地震作为工程抗震设防依据。国内已建的一些大型桥梁工程如南浦大桥、杨浦大桥、徐浦大桥、汕头海湾二桥、虎门大桥、南澳大桥、江阴长江公路大桥、南京长江二桥、润扬长江公路大桥以及苏通大桥主航道桥均采用双水准设防。
七、重大桥梁的设防标准
设防标准是指根据地震动背景，为保证工程结构在其寿命期内的地震损失不超过规定的水平或社会可接受的水平，规定工程结构必须具备的抗震能力和重要性等级。确定抗震设防标准需要自然科学、工程科学以及社会科学多方面的合作，在保证地震安全和最佳经济效益之间寻求最佳平衡点。设防标准包含了设防原则、设防目标、地震危险性、设防参数、设防水准和设防等级等内容，其核心是如何正确解决设防水准与设防原则以及设防目标之间的关系。随着人们对地震认识的深入和震害资料的积累，抗震设防水准由原来的单一设防水准逐渐发展成为双水准、三水准、多水准，并通过研究建立设防水准与设防原则、目标的关系。分级设防的思想是在核电站抗震设计中首先提出的，目的是为了在不同概率水准的地震动作用下保证正常的生产和安全，后来逐步应用到其他重大工程。小震不坏、中震可修、大震不倒是结构抗震中最普遍的分级设防思想。在世界各国抗震规范中，基本上都采纳了分级设防的思想，但是在具体设防要求和实施保障上还存在一定的差异。必须注意到：一般情况下，抗震设计规范只适用于普通桥梁的抗震设计，大型桥梁工程所采用的抗震设防标准一般要略高于普通桥梁，但并不是越高越好。目前，大型桥梁工程具体采用的抗震设防标准，一般参考其他大型桥梁工程已采用的抗震设防标准，并结合工程的重要性、业主自身的经济能力以及所能承受的风险水平来确定。前面提到的国内已建的一些大型桥梁工程均采用了两阶段抗震设计方法，即第一阶段进行设计地震作用下承载力计算，第二阶段为罕遇地震作用下位移、变形验算。随着认知水平的提高，桥梁抗震设防标准也逐渐得到细化和明确。
八、桥梁结构抗震设计的重点
1、桥型和桥位的选择。桥梁结构抗震设计应该做好桥位的选择，即桥位应该处在最适合抗震的区域，而不应该选在粘土层等不良土层区域，尤其是在地震断层带等区域。如果因为一些特殊原因，桥位必须设定在这些不良土层区域中，那么应该把桥梁的长度适度的加强，从而保证整个桥台处在土层坚实、稳定性强的土层上，同时对于桥梁的桥墩也应该有更高的要求。在桥型选择方面，应该优先选择抗震性能好的结构，比如连续梁等。
2、桥梁结构的抗震设计烈度。设计烈度主要是指建筑工程设计时的地震烈度。一般来说，桥梁结构抗震设计中，设计烈度都会按照基本烈度来作为标准，尤其是桥梁的一些重要设计区域还应该经过审批以后提高一级的烈度。根据目前我国桥梁地震灾害的实际情况来看，当基本烈度为七级以下的时候，桥梁一般不会受到太大的地震影响。因此对于基本烈度为七级以下的桥梁，不必可以的进行抗震设计。
3、桥梁结构的抗震设计方法。对于一般的桥梁来说，其抗震设计都会按照相应规范中的简化方法进行。我国抗震设计规范中所采用的方法为反应谱原理，即结合桥梁的抗震设计烈度和地震荷载，计算出地震发生时桥梁所受到的内力和可能产生的位移，从而进行地震预防。对于一些重要的桥梁结构，应该对其进行必要的地震反应谱分析，分析的方法主要是结合地面振动的速度和相关的力学原理，进行必要的地震动力分析。在分析中如发现建成的桥梁不符合相关的抗震要求，应该进行科学合理的加固方案。对于强烈地震发生区域，桥梁结构抗震设计为了满足经济和实用两方面的要求，可以使桥梁某些不重要的区域出现一些很容易修复的塑性变形，但出于安全考虑，应该增强桥梁主要承重结构，从而保证桥梁的可靠性。除此之外，在桥梁抗震设计方法上，即可以采用较为常用的反应谱法和动力时程分析法，而在遇到高墩和大跨的桥梁结构时，也可以考虑使用行波效应等方法来进行更加科学的抗震设计，从而进一步增强桥梁的抗震性能。
九、抗震措施
1、支座抗震设防措施。一是对采用橡胶支座而无固定支座的桥跨，应加设防移角钢或设挡轨，作为支座的抗震设计。二是对高烈度区的桥梁设计应在纵向设置一定的消能装置，如采用聚四氟乙烯支座、迭层橡胶支座、铅芯橡胶支座等减、隔震支座以及在梁体与墩台的连接处增加结构的柔性和阻尼，以便共同受力和减小水平桥梁荷载的作用。三是由于拱桥对支座水平位移十分敏感，同时两边桥台的非同步激振会引起较大的伪静力反应，有时甚至会大于惯性力所引起的动力反应，因此要求震区的拱桥墩台基础务必设置于整体基岩或同一类型的场址上，以保证地震时各支座的同步激振。
2、下部结构和基础抗震设防措施。桥梁位置应选在良好和稳定的河段，如果必须在稳定性差的软弱场地的河段上通过时，应尽量采用桥梁中线与河流正交，这样即使地震产生河岸滑移，影响也较小；若采用斜交，地震时极易产生河岸向河心滑移，会使桥梁随之发生错动或扭转破坏。其次，还应注意在主河槽与河滩分界的地形突变处，尽量避免设墩，否则应采取加强措施以减免滑移。另外，桥梁的基础应尽可能的建在可靠的地基上，否则软土的液化会加大地震反应和效力。
3、由于工程场地可能遭受的地震的不确定性，以及人们对桥梁结构地震破坏机理的认识尚不完备，因此桥梁抗震设计上还不能完全依靠定量的计算方法。实际上，历次大地震的震害表明，一些从震害经验中总结出来或经过基本内力概念启示得到的一些构造措施被证明可以有效地减轻桥梁的震害，如主梁与主梁或主梁与墩之间适当的连接措施可防止落梁。但构造措施的使用不能与定量的计算结果相矛盾。简单地说，定量的设计计算是桥梁抗震的最基本部分，这包括延性设计概念和减隔震设计概念。构造措施的使用不能导致上述设计结果的失效。桥梁结构地震反应越强烈，就越容易发生落梁等严重破坏现象，构造措施就越重要，因此处于高烈度区的桥梁结构需特别重视构造措施的使用。[4]
十、结束语
随着我国社会经济的发展，人们对于桥梁的质量要求也会有新的内容。而桥梁的抗震设计作为桥梁质量的重要保证，在未来的发展中必将有其新的意义和内涵。本文经过科学合理的探究，较为系统的探究了桥梁结构的抗震设计，给广大桥梁设计人员带来了操作性较强的实践经验。因此，作为一名优秀的桥梁设计人员，在当下更应该对桥梁结构抗震设计的核心内容进行深入的了解，积极借鉴其他区域关于桥梁结构抗震设计的先进技术经验，给桥梁结构抗震设计的发展做出自己的贡献。
参考文献
[1]铁路工程抗震设计规范（2009版）GB50111-2006.北京.中国计划出版社.2009.
[2]叶爱君.大型桥梁工程的抗震设防标准探讨[期刊论文]《地震工程与工程振动》，2006年.