關(guān)于橋梁工程抗震設(shè)計的科學(xué)研究

韓稀桐

內(nèi)容摘要 橋梁工程是交通網(wǎng)絡(luò)的一個重要環(huán)節(jié)，因此加大對橋梁工程抗震的研究就顯得尤為重要，也成為了當(dāng)前的熱點(diǎn)問題。抗震設(shè)計就是抗震設(shè)計以及工程經(jīng)驗(yàn)來獲得基本設(shè)計原則和設(shè)計思想，從而能正確的解決結(jié)構(gòu)總體方案、材料的使用，最終達(dá)到合理抗震的目的。文章將從橋梁抗震概念設(shè)計、等幾個方面進(jìn)行分析，為今后橋梁設(shè)計起到科學(xué)的借鑒作用。 關(guān)鍵詞 橋梁工程抗震設(shè)計結(jié)構(gòu)

一、對橋梁震害的概述

近幾十年來，在全球發(fā)生了多次大地震，這就說明橋梁工程作為抗震防災(zāi)、危機(jī)管理系統(tǒng)的重要組成部分，在地震中必將受到嚴(yán)重的破壞。一旦橋梁在地震中受到破壞，就會使地震產(chǎn)生的次生災(zāi)害進(jìn)一步加重，也給災(zāi)后重建工作帶來極大的困難。橋梁是重要的社會基礎(chǔ)設(shè)施，提高橋梁的抗震性能是減輕地震損失、加強(qiáng)區(qū)域安全的基本措施之一。

二、橋梁工程抗震設(shè)計原則

抗震設(shè)計要求的是設(shè)計出來的結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、剛度和延性等指標(biāo)上有最佳的組合，并最終達(dá)到經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)防的目標(biāo)。因此，就需要橋梁設(shè)計工程師們具有豐富的經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)造力，并深入的了解對結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)有重要影響的基本要素，而不僅僅是按規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行?？拐鹪O(shè)計在遵循的一些基本原則的基礎(chǔ)上，還要結(jié)合著歷次的橋梁震害教訓(xùn)和當(dāng)前公認(rèn)的理論認(rèn)識。

（一）體系的整體性和規(guī)則性

橋梁的整體設(shè)計性要好，上部結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能是連續(xù)的。較好的整體性是結(jié)構(gòu)發(fā)揮空間作用的基本條件，同時也能防止結(jié)構(gòu)構(gòu)件及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震時被震散掉落?？傊?，無論是在平面還是在立面上，結(jié)構(gòu)的布置都要力求使幾何尺寸、質(zhì)量和剛度均勻、對稱，以免突然出現(xiàn)變化。

（二）場地選擇

橋梁工程抗震設(shè)計所選擇的場地應(yīng)該考慮一個地區(qū)內(nèi)的場地選擇，可以根據(jù)地震危險性來具體選擇一個比較安全的廠址。此外，為了避免地震時可能發(fā)生地基失效的松軟場地，必須選擇堅硬場地。

（三）能力設(shè)計原則

能力設(shè)計思想所強(qiáng)調(diào)的是強(qiáng)度安全度差異，也就是在不同構(gòu)件和不同破壞模式之間確立不同的強(qiáng)度安全度。強(qiáng)度及安全度之間存在著差異，因此要確保結(jié)構(gòu)在大地震下以延性形式反應(yīng)，不發(fā)生脆性的破壞模式。過去的建筑抗震設(shè)計中，通常采用的是“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計思想。

（四）提高結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的強(qiáng)度和延性

橋梁結(jié)構(gòu)的地震破壞主要來源于地震動引起的結(jié)構(gòu)振動，抗震設(shè)計應(yīng)該使從地基傳入結(jié)構(gòu)的振動能量為最小，防止破壞。此外，在不改變剛度的前提下，采用提高總體強(qiáng)度和延性是兩個有效的抗震途徑。地震還可能造成結(jié)構(gòu)和構(gòu)件周期反復(fù)變形，這樣就會使其剛度與強(qiáng)度逐漸退化，所以要重視起延性。

三、橋梁減隔震技術(shù)

（一）減隔震技術(shù)的概念和發(fā)展

減震是人為在結(jié)構(gòu)的某些部位設(shè)置阻尼器或耗能構(gòu)件，來降低結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)；而隔震則是通過延長結(jié)構(gòu)的自振周期來避開地震卓越周期，從而降低結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。美國第一次將減隔震技術(shù)用于橋梁是在1984年，1990年，美國新建了第一座采用減隔震技術(shù)的橋梁Sexton橋。在日本，第一座建成的減隔震橋梁是靜崗縣橫跨Keta河的宮川大橋。

（二）常用的減隔震裝置

1、鉛芯橡膠支座

鉛芯橡膠支座在支座的中部或中心周圍部位豎直地壓入高純度鉛芯，并以板式橡膠支座為基礎(chǔ)，重點(diǎn)用來改善支座阻尼性能的一種減震支座。鉛芯具有良好的力學(xué)特性，具有理想彈塑性性能，能夠提供地震下的耗能能力。由鉛芯和分層橡膠支座結(jié)合的鉛芯橡膠支座能夠滿足一個良好減隔震裝置所必備的基本要求。

2、分層橡膠支座

分層橡膠支座主要是由薄橡膠片與薄鋼板相互交替結(jié)合而成的，在抗震設(shè)計中，要考慮分層橡膠支座的水平剛度和阻尼作用等。橡膠支座在變形過程中消耗能量提供阻尼，這種阻尼主要取決于橡膠層變形的速度。分層橡膠支座的力所提供的阻尼較小，因此，在減隔震橋梁設(shè)計中，通常是與阻尼器一起使用。

3、滑動摩擦型減隔震支座

滑動摩擦型減隔震支座利用不銹鋼與聚四氟乙烯材料之間相當(dāng)?shù)偷幕瑒幽Σ料禂?shù)制成，具有摩擦系數(shù)小、水平伸縮位移大的優(yōu)點(diǎn)。在地震作用下，滑動摩擦型支座允許上部結(jié)構(gòu)在摩擦面上發(fā)生滑動，通過摩擦消耗大量的地震能量。但是這類支座的缺點(diǎn)沒有自復(fù)位能力，因此要與阻尼器和橡膠支座等其他裝置一起使用。

四、橋梁抗震設(shè)計相關(guān)方法

（一）橋梁抗震概念設(shè)計

橋梁抗震概念設(shè)計主要是根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)來獲得的基本設(shè)計原則和設(shè)計思想，在結(jié)構(gòu)總體方案及材料使用等方面發(fā)揮了重要作用。合理的抗震設(shè)計，所設(shè)計出來的結(jié)構(gòu)無論是在強(qiáng)度、剛度還是在延性等指標(biāo)上都有最佳的組合。但是要指出的是，強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計的重要性，不是重視數(shù)值計算，而是為了給抗震計算創(chuàng)造出有利條件。橋梁抗震概念主要是根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的，要選擇良好的抗震結(jié)構(gòu)體系。

（二）橋梁延性抗震設(shè)計

延性抗震驗(yàn)算所采用的破壞準(zhǔn)則主要有：強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則、能量破壞準(zhǔn)則、變形破壞準(zhǔn)則、用最大變形和滯回耗能來表達(dá)的雙重指標(biāo)破壞準(zhǔn)則。破壞機(jī)理可以總結(jié)為：在形成完全的塑性反應(yīng)之前，出現(xiàn)某種程度的塑性應(yīng)變，所消耗的能量自然的構(gòu)成結(jié)構(gòu)等效粘滯阻尼的一部分。一旦進(jìn)入塑性變形后，就會產(chǎn)生塑性漂移，直到發(fā)生了倒塌現(xiàn)象。

（三）對地震響應(yīng)的分析及具體的設(shè)計方法

目前已經(jīng)發(fā)展了多種抗震設(shè)計理論和地震響應(yīng)的分析設(shè)計方法，抗震設(shè)計的靜力理論只考慮了高頻振動振幅的最大值。反應(yīng)譜理論雖考慮了振幅和頻譜，卻始終未能得到明確的反映。從組成結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理論的幾個方面內(nèi)容入手，靜力理論對四個方面都做了極大的簡化，而動力理論則有比較全面的考慮，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的動力模型更為接近實(shí)際?？傊?，設(shè)計原則考慮到的多種使用狀態(tài)有了概率保證。

五、結(jié)束語

通過上述分析，橋梁工程的抗震設(shè)計方法是經(jīng)歷了從強(qiáng)度、延性設(shè)計到基于性能發(fā)展的過程，根據(jù)當(dāng)前的地震災(zāi)害特點(diǎn)，也要加大對橋梁減隔震技術(shù)的研究，以減輕地震損失，提高地震作用下橋梁的安全性。

六、參考文獻(xiàn)

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【2】李曉明《試論我國鐵路橋梁有關(guān)地震規(guī)范的沿革》，《山西建筑》2004年08期。

【3】李茜、張明《淺析橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》，《工程力學(xué)》2008年11期。

【4】宋程海《論橋梁樁基震害特點(diǎn)及其破壞機(jī)理》，《震災(zāi)防御技術(shù)》2010年10期。