桥梁的抗震设计

铁路桥梁、公路桥梁、城市高架桥等受到损坏，会使后续救助工作变得更加艰难。为了保障人民财产的安全路桥梁设施的完好，更好地发挥公路运输在抗震救灾中的作用，在桥梁设计中应充分重视抗震设计。该法在当前桥梁抗震设计中经常用到，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。我国是一个多地震国家，地震灾害会使量地面建筑物和各种设施遭到破坏，造成大量人员伤亡，甚至严重地阻断交通。铁路桥梁、公路桥梁、城市高架桥等受到损坏，会使后续救助工作变得更加艰难。为了保障人民财产的安全及公路桥梁设施的完好，更好地发挥公路运输在抗震救灾中的作用，在桥梁设计中应充分重视抗震设计。

1、桥梁震害现象分析

二十世纪七十年代以来，国内外发生过一系列较大的地震，有许多桥梁遭受了不同程度的破坏。通过对这些震例进行调查研究，分析桥梁结构的抗震性能、震害特点及产生原因，可以总结出以下几点：

地基与基础破坏

地基破坏主要是指因砂土液化、不均匀沉降及稳定性不够等因素引起的地层水平滑移，下沉、断裂，进而导致结构物的破坏，震害较重。基础的破坏与地基的破坏紧密相关，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，桩基础可能发生剪断、倾斜破坏，进而引起墩台倾斜、倒塌或折断。

桥台沉陷

当地震作用下，由于桥台后填土与桥台并非完全固结，桥台填土的纵向土压力增大，桥梁与桥台之间的冲撞会产生相当大的被动土压力，使桥台有向桥跨方向移动的趋势。由于桥面的支撑作用，桥台将以桥台顶端为支点产生竖向旋转，从而导致基础破坏。若桥台基础建造在液化土上，则可能引起桥台垂直沉陷， 最终导致桥台因承受过大的扭矩而破坏。 墩柱破坏

墩柱破坏主要包括弯曲强度不足、弯曲延性不足、纵筋搭接区的抗弯能力以及剪切强度不足等。墩柱的破坏往往引起连锁反应，如落梁、整个结构的倒塌等。

支座破坏

在地震力的作用下，如果上、下部结构的相对位移过大可能造成支座锚固螺栓拔出、剪断，活动支座脱落及支座本身构造上的破坏等，导致结构力传递形式的变化，进而对结构的其他部位产生不利的影响。

落梁破坏

支撑连接构件失效后，上、下部结构的相对位移进一步加大，相邻梁体发生相互冲击，造成撞击破坏甚至落梁

的发生。

节点破坏

节点区域钢筋大量相交，连接节点在地震荷载和重力荷载的作用下处于复杂而又变化的应力状态，常导致节点区域混凝土的压碎和锚固筋的破坏。

盖梁破坏

盖梁的破坏形式主要表现为抗剪强度不足或锚固筋不能满足抗拉要求，引起锚固端破坏。

2、桥梁抗震设计方法

采用隔震支座采用减、隔震支座在梁体与墩、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。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。采用隔震支座和阻尼器相结合的系统。可以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。利用桥墩延性减震。该法在当前桥梁抗震设计中经常用到，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。采用减震的新结构。型钢混凝土结构是在混凝土上包裹型钢做成的结构，与钢筋混凝抗剪承载力强，延性好，滞回曲线较为饱满，耗能能力强，呈现出良好的抗震性能。能够隔离、吸收和耗散地震能量，减小桥梁结构的地震反应，使桥梁的变形限制在弹性范围，避免因塑性变形而造成的累积损伤破坏和永久残余变形，大大提高了桥梁结构的安全度还可节约材料，降低造价。地震响应分析及设计方法的改变。随着人们对地震动和结构动力特性理解的加深，目前已经发展了多种抗震设计理论和地震响应的分析设计方法。

从地震动的振幅、频谱和持时三要素来看，抗震设计的静力理论只考虑了高频振动振幅的最大值；反应谱理论虽考虑了振幅和频谱，但持时则始终未能得到明确的反映；动力理论不但考虑了地震动的持时，而且还考虑了地震动中反应谱不能概括的其他特性。从组成结构抗震设计理论的四个方面内容(输入地震动、结构和构件的动力模型，一实用的地震反应分析方法，以及设计原则)来看，静力理论对四个方面都做了极大的简化，反应谱理论也做了较大的简化，而动力理论则有比较全面的考虑：动力理论的输入地震动要求给出符合场地情况的、具有概率含义的加速度时间函数，对于复杂结构要求给出三个分量及其空间相关性；结构和构件的动力模型更为接近实际，包括了非线性特性；地震反应分析方法考虑了结构反应的全过程，包括变形和能量损耗的积累；设计原则考虑到多种使用状态和安全的概率保证。多阶段设计方法。随着对地震产生机理、地震动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。

3、桥梁抗震设计原则

⑴结合地形、地质条件、工程规模及震害经验，合理选择桥型及墩台、基础形式。⑵同一座桥中，尽量避免高墩与大跨的结合，宜采用减少上部结构自重并有利于抗震的结构形式。⑶体系的整体性和规则性。桥梁的整体性要好，上部结构应尽可能是连续的。较好的整体性可防止结构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。无论是在平面还是在立面上，结构的布置都要力求使几何尺寸、质量和刚度均匀、对称、规整，避免突然变化。⑷提高结构和构件的强度和延性。桥梁结构的地震破坏源于地震动引起的结构振动，因此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，以防止不能容忍的破坏。在不增加重量、不改变刚度的前提下，提高总体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。由于地震动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绝对不是良好的抗震设计。⑸能力设计原则。能力设计思想强调强度安全度差异，即在不同构件(延性构件和能力保护构件-不适宜发生非弹性变形的构件统称为能力保护构件)和不同破坏模式(延性破坏和脆性破坏模式)之间确立不同的强度安全度。通过强度安全度差异，确保结构在大地震下以延性形式反应，不发生脆性的破坏模式。在我国以前的建筑抗震设计中，普遍采用“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”的设计思想。⑹多道抗震防线。应尽量使桥梁成为具有多道抵抗地震侧向力的体系，则在强地震动过程中，一道防线破坏后尚有第二道防线可以支撑结构，避免倒塌。⑺对于高墩、大跨的特殊桥梁，应进行专题抗震设计与研究。

4、桥梁抗震设计的几点建议

⑴尽量采用连续的桥跨代替简支梁跨，进而减少伸缩缝的数量。降低在此处落梁的可能性同时也提高了桥上行车的舒适性。⑵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置挡轨，作为支座的抗震设计。⑶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。⑷位于常年有水河流上的特大桥、大中桥，当地基为液化土或软土时，其墩台基础应采用桩基础，且桩尖埋入稳定土层内一定深度。⑸高墩宜采用钢筋混凝土结构，按照延性要求进行设计。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。⑹在高烈度地震区，尽可能地采用整体性和规则性较好的桥梁结构体系，结构的几何尺寸、质量和刚度力求均匀、对称、规则，避免突变的出现；从几何线性上看，尽量选用直线桥梁。⑺设置多道抗震防线，尽可能用超静定结构，少采用静定结构。⑻对于较高的排架桥墩，墩之间应增设横系梁以减少墩柱的横向何移和设计弯矩。⑼选择合理的连接形式对桥梁抗震性能十分重要。对于高墩桥梁，建议采用上部结构与下部结构有选择性的刚性连接；对于矮墩桥梁，上部结构和下部结构连接建议采用支座连接方式，并合理设置梁墩的搭接长度。

5、结语

桥梁结构抗震设计是桥梁设计中的重要环节，在当前我国的高速公路、铁路正处在大规模建设之际，桥梁结构的安全问题更不容忽视。在桥梁设计中需采取一系列有效的抗震措施，进一步提高和完善桥梁的安全性、适用性、耐久性和社会效应性。

第二篇：桥梁抗震概述

桥梁抗震概述

学院：土木工程 班级：土木061 姓名： 学号：

摘要：

从古至今人类对地震的认识，地震的分类以及地震的表示指标。在道路桥梁上针对抗震的一般性设计。

关键词：

地震的成因 震源 地震烈度 桥梁抗震

在古代，人们对地震发生的原因，常常借助于神灵的力量来解释。在我国，民间普遍流传着这样一种传说，他们说地底下住着一条大鳌鱼，时间长了，大鳌鱼就想翻一下身，只要大鳌鱼一翻身，大地便会颤动起来。用现代人的眼光分析这种传说，简直是荒诞不径。但持这种说法的国家，并不只有中国。例如，在古希腊的神话中，海神普舍顿就是地震的神。南美还流传着支撑世界的巨人身子一动，引起地震的说法。古代日本认为，日本岛下面住着大鲶鱼，一旦鲶鱼不高兴了，只要将尾巴一扫，于是日本就要发生一次地震。除此之外，埃及和印度也有关于地下住着动物在作怪的传说。随着科学的进步，现在谁也不会相信这类迷信的说法了。

其实，地震就是地动，是地球表面的振动。 引起地球表面振动的原因很多，可以是人为的原因，比如核爆炸、开炮、机械振动等；同样也可以是自然界的原因，比如构造地震、火山地震、塌落地震等。

按照地震的不同成因，我们可以把地震划分为五类：

1. 构造地震：构造地震发生的原因，是地下岩层受地应力的作用，当所受的地应力太大，岩层不能承受时，就会发生突然、快速破裂或错动，岩层破裂或错动时会激发出一种向四周传播地地震波，当地震波传到地表时，就会引起地面的震动。世界上85%－90%的地震以及所有造成重大灾害的地震都属于构造地震。

2. 火山地震：由于火山爆发引起的地震。

3. 水库地震：由于水库蓄水、放水引起库区发生地震。

4. 陷落地震：由于地层陷落引起的地震。

5. 人工地震：由于核爆炸、开炮等人为活动引起的地震

简称烈度，即地震发生时，在波及范围内一定地点地面振动的激烈程度。（或释为地震

影响和破坏的程度）。地面振动的强弱直接影响到人的感觉的强弱，器物反应的程度，房屋的损坏或破坏程度，地面景观的变化情况等。因此烈度的鉴定主要依靠对上述几个方面的宏观考察和定性描述。

从概念上讲，地震烈度同地震震级有严格的区别，不可互相混淆。震级代表地震本身的大小强弱，它由震源发出的地震波能量来决定，对于同一次地震只应有一个数值。烈度在同一次地震中是因地而异的，它受着当地各种自然和人为条件的影响。对震级相同的地震来说，如果震源越浅，震中距越短，则烈度一般就越高。同样，当地的地质构造是否稳定，土壤结构是否坚实，房屋和其他构筑物是否坚固耐震，对于当地的烈度高或低有着直接的关系。（影响一地地震烈度的五要素：震级、震源深度、震中距、地质结构、建筑物）。一次地震中，人们往往强调震中（或称极震区）的烈度。

早期的烈度表完全以地震造成的宏观后果为依据来划分烈度等级。但宏观烈度表不论制订得如何完善，终究用的是定性的判据，不能排除观察者的主观因素。为此人们一直在寻找一种物理标准来评定烈度，这种物理标准既要同震害现象密切相关，又要便于用仪器测定。首先被研究的物理量是地震时的地面加速度峰值。因为一般认为地震引起的破坏是地震惯性力造成的，而惯性力又决定于地面加速度。这样就给烈度的每一等级附加上地面加速度峰值。结果表明，烈度每增加一度，加速度大约增加一倍。后来加入烈度表的物理量还有地面速度峰值。中国现行的烈度表已经加入了加速度和速度两项物理量数据。

地震是地球内部缓慢积累的能量突然释放引起的地球表层的振动。当地球内部在运动中积累的能量对地壳产生的巨大压力超过岩层所能承受的限度时，岩层便会突然发生断裂或错位，使积累的能量急剧地释放出来，并以地震波的形式向四面八方传播，就形成了地震。一次强烈地震过后往往伴随着一系列较小的余震。

地震还分为天然地震和人工地震两大类。天然地震主要是构造地震，它是由于地下深处岩石破裂、错动把长期积累起来的能量急剧释放出来，以地震波的形式传播出去，在地面引起的房摇地动。构造地震约占地震总数的90%以上。其次是由火山喷发引起的地震，称为火山地震，约占地震总数的7%。此外，某些特殊情况下也会产生地震，如岩洞崩塌（陷落地震）、大陨石冲击地面（陨石冲击地震）等。

桥梁抗震设计一般规定

（1）选择对抗震有利地段

选择公路工程建设场地时，应根据工程需要，掌握地震活动情况和工程地质的有关资料，作出综合评价，宜选择有利地段，避开不利地段及危险地段。

对抗震有利的地段，一般是指坚硬土或开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等地段；不利地段，一般是指孤突的山梁、高差较大台地边缘、软弱粘性土及可液化土层等地段；危险地段，是指发震断层及其邻近地段和地震时可能发生大规模滑坡、崩塌等不良地质地段。

路线与桥位宜绕避下列地段：地震时可能发生滑坡、崩塌地段；地震时可能陷塌的暗河、溶洞等岩溶地段和已采空的矿穴地段；河床内基岩具有倾斜河槽的构造软弱面被深切河槽所切割的地段；地震时可能倒塌而严重中断公路交通的各种构造物。

对河谷两岸在地震时可能发生滑坡、崩塌而造成堵河成湖的地方，应估计其淹没和堵塞体溃决的影响范围，合理确定路线的标高和选定桥位。当可能因发生滑坡、崩塌而改变河流方向、影响岸坡和桥梁墩台以及路基的安全时，应采取适当的防护措施。

（2）确定合理的桥梁结构方案

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。

（3）震害调查表明，梁桥的震害主要发生在下部结构，桥墩在纵、横向水平地震力作用下，会发生剪切破坏或弯曲破坏，使得墩身错位倾斜，导致落梁现象，引起桥面垮塌。桥台背后土体易在地震作用下失稳，推动桥台向河心滑移，并伴有沉陷和倾斜，梁体沿纵向挤压桥台，重则支座剪坏桥台断裂，造成边跨落梁桥面坍塌。桥梁支座在地震力作用下，破坏形式主要表现为支座锚栓剪断、活动支座脱落、支座连接破坏等，支座破坏常常导致落梁。震害资料同时显示，梁桥上部结构一般具有良好的抗震性能，震害主要是梁端撞损、梁片分离等，不影响梁的承载能力，震后也不难修复。

因此，按照《公路抗震规范》规定，在梁桥抗震验算时，应分别考虑顺桥和横桥两个方向的水平地震作用[注]计算墩台和支座承受的水平力以及地震动力水压力，并应考虑顺桥方向桥台的水平地震力和地震土压力。而对于简支梁和连续梁桥上部结构的抗震能力一般不予验算，但应采取抗震构造措施。

桥梁结构动力分析方法，一般情况下桥墩应采用反应谱理论计算，桥台采用静力法。对

于结构特别复杂，桥墩高度超过30m的特大桥梁，可采用时程分析法。

为避免桥梁遭受地震的破坏所采取的技术措施。

地震对桥梁的破坏主要是由于地表破坏和桥梁受震破坏引起的。其中地表破坏有地裂、滑坡、塌方、岸坡滑移和砂土液化等现象。地裂会造成桥梁跨度的缩短、伸长或墩台下沉。在陡峻山区或砂性土和软粘土河岸处，强烈地震引起的塌方、岸坡滑动以及山石滚落，可使桥梁破坏。在浅层的饱和和疏松砂土处，地震作用易引起砂土液化，致使桥梁突然下沉或不均匀下沉，甚至使桥梁倾倒。在坡边土岸或古河道处，地震则往往引起岸坡滑移、开裂和崩坍等现象，造成桥梁破坏。桥梁受震破坏是由于地震使桥梁产生水平和竖直振动，造成桥梁构件的损坏和破坏,甚至使桥梁倒坍。此外,有些桥梁虽然在强度上能够承受地震的振动力，但由于桥梁上部、下部结构联结不牢，整体性差，往往会造成桥梁上部和下部结构间产生过大的相对位移，从而导致桥梁破坏。梁桥受震破坏主要表现为：①墩台开裂、倾斜、折断或下沉；②支座弯扭、断裂、倾倒或脱落；③桥梁上部结构和下部结构间相对位移；④落梁。拱桥受震破坏主要表现为:①拱圈开裂;②墩台下沉；③多孔时墩身开裂、折断；④落拱。一般说来，桥梁震害在高烈度震区比低烈度震区重；岸坡滑移和地基失效处的桥梁震害比一般地基处严重。

提高桥梁抗震能力的措施有：①首先要做好桥址选择和调查工作。除了解区域性的地震烈度外，还应考虑局部地区地形、地貌、地质条件对桥梁震害的影响，以便为采取抗震措施提供依据。②在发震、断裂地段及其邻近地段，以及可能发生大规模滑坡、崩塌等不良地质地段，建桥选址时应尽量避开。软弱粘土层、可液化土层和地层严重不均一地段，地形陡峭、孤突、岩土松散、破碎的地段,地震时可能塌陷的暗河、溶洞等地段,也应尽可能避开。③在地震区建桥，桥的构造上应选择形状简单、整体性好、抗扭刚度大的形式，并加强桥梁上部结构和下部结构的联结部位，以防落梁。④提高施工质量。桥梁震害常常发生在施工质量不良的薄弱环节，确保工程质量也是抗震的一个重要技术措施。