王濟源，李雪婷

（云南省交通規(guī)劃設計研究院有限公司，昆明650041）

1 引言

研究表明，引起橋梁振動并造成破壞的主要因素包含船舶撞擊、風、地震等。而相較于風、船撞等其他因素來說，地震在其中扮演著重要的角色，全球范圍內大部分的橋梁損壞都是由地震造成的。因此，降低橋梁震害產生的影響是目前首要解決的難題，人們可以結合現(xiàn)有環(huán)境的實際情況，充分利用抗震設計方法降低震害對橋梁帶來的危害。同時，要加強抗震理論的研究，使其在側重原有強度的同時向更加注重性能的方向轉變，為后續(xù)的研究和實踐提供參考，具有重要的現(xiàn)實意義。

2 橋梁震害

地震發(fā)生的時間及地點具有不可預見性，并且具有持續(xù)時間短、能量釋放劇烈等特點[1]。通過大量震后的橋梁毀壞實際情況的實際調查及科學研究表明，橋梁地震危害主要包含下列4 個方面：

1）橋梁上部結構。其主要出現(xiàn)在工程施工質量以及地基未達到規(guī)定要求的情況中，相對來說發(fā)生頻率較低。

2）支座。在橋梁抗震減傷的需求方面，對于支座的設計往往未引起設計師的足夠重視，在橋梁結構中連接與支檔之間構造措施不足的問題時有發(fā)生，并且橋梁建設中時常出現(xiàn)支座材料質量不高或型號不準等問題，這極大地影響橋梁抗震的效果，成為目前橋梁抗震的薄弱環(huán)節(jié)。

3）落梁。落梁是經常發(fā)生的一種位移震害。其發(fā)生的主要原因較多，包含但不限于橋臺的傾斜或倒塌、河岸邊際的滑坡、橋墩損壞、相鄰橋墩間出現(xiàn)較大的相對位移等。

4）下部結構及其基礎。每次橋梁震害發(fā)生過后都必須采取相對應的震后檢查修復處理措施，但下部結構以及基礎出現(xiàn)巨大的破壞時，往往具有不可逆性，目前還沒有較為良好的解決辦法。橋梁墩臺發(fā)生破壞主要是由河岸滑坡、沙土液化、地基下沉等因素引起的，且通過改善其抗震能力很難徹底消除其產生的危害。因此，這就要求設計師們從源頭入手，通過改變其橋梁位置、橋梁結構形式等方面進行有效的避免。震后橋梁受災如圖1、圖2 所示。

圖1 橋梁倒塌

圖2 橋梁斷裂

綜上所述，人們需對可能出現(xiàn)的橋梁地震災害進行有效防范，進一步降低或者避免橋梁震害帶來的影響。可以從下列3 個角度入手：

1）從源頭出發(fā)，進行宏觀把控，在橋梁位置以及橋梁結構的選擇和決策上進行有效控制，有效預防橋梁震害的發(fā)生；

2）對橋梁的抗震設計特別是下部基礎的抗震延性設計方面加以重視，降低橋震災害發(fā)生的可能性；

3）注重抗震能力，可通過利用各類構造方法進一步對橋梁整體結構進行優(yōu)化和完善。

3 橋梁震害發(fā)生的主要原因

地震的瞬發(fā)性極強，并且伴隨著極大的破壞性，是一種能夠從多維度造成橋梁破壞的自然災害[2]。橋梁是一個有機統(tǒng)一的整體，各個部位緊密聯(lián)結，相互影響。所以，必須從多角度對橋梁震害產生的原因加以分析。研究表明，產生的主要原因有以下幾點：

1）橋梁原有的支撐性受到破壞，無法維持良好的穩(wěn)定性，造成橋梁損壞。例如，橋臺發(fā)生重心偏移，相鄰橋墩發(fā)生錯位或斷裂情況等。

2）地基下沉將會從底部影響橋梁的穩(wěn)定性，致使整個橋梁結構發(fā)生下沉或坍塌，因此，地基基礎是完成高質量橋梁結構的首要條件，具有重要作用。

3）地震具有持續(xù)性，能夠不斷對橋臺、橋墩等橋梁結構進行相互碰撞，發(fā)生不可避免的損害和破壞。

4）橋梁設計的好壞是決定橋梁抗震性能的先決條件，優(yōu)良的結構設計以及安全有效的減震隔震措施能夠有效預防減少橋梁地震災害。

4 橋梁抗震設計原理

根據(jù)地質環(huán)境條件以及橋梁自身體系結構的不同，致使橋梁發(fā)生損壞的地震作用十分復雜。雖然現(xiàn)今的分析技術得到了不斷的提升，理論體系也在不斷加強，但由于橋梁抗震設計原理是基于假設的條件下進行計算及分析的，因此，需要注意的是，橋梁的實際情況與理論分析計算結果會產生較大的偏差。下面對現(xiàn)有的幾種橋梁抗震設計原理進行總結與分析[3]。

4.1 靜力法

靜力法是應用較為常見的理論假設，其假定當?shù)卣鸢l(fā)生時，不對其他相關因素進行考量，提出橋梁各個部件之間的振動與地震所產生的振動完全相同，把橋梁結構視為剛體，將動力學問題轉變?yōu)殪o力學問題。但在實際情況中，除非橋梁的剛性程度達到極值，否則，二者的振動是不可能完全相同的。因此，這種方法僅適合于剛度值極大的橋梁工程。

4.2 反應譜法

反應譜法是一種基于橋梁自身結構以及動力學分析的提高抗震性能的方法，在公路橋梁建設中使用十分普遍。其主要是通過不斷試驗來得出一系列的有關振動數(shù)據(jù)，例如，主振型以及固有頻率等。由于不同部件的主振動反應譜曲線不同，可以對其振動記錄進行比較，確定其最高強度的數(shù)據(jù)，從而對下一步地震承受級別進行有效評估。

4.3 動態(tài)時程分析法

動態(tài)時程分析法是一種基于有限元分析法的利用計算機進行分析的抗震設計分析方法，其成型較早，在1960 年第一次得到使用。主要通過多角度構建大型橋梁建設工程不同節(jié)點的有限元動力分析模型，通過計算假定地震發(fā)生時加速度出現(xiàn)的時程，得出數(shù)據(jù)模型并利用計算機進行高效計算，達到精確求解的目的。但其對于設備以及技術的要求較高，因此，需要設計人員進一步優(yōu)化和改善。

5 橋梁抗震設計

5.1 地震區(qū)橋位和橋型選擇

橋梁位置以及橋型的選擇十分重要，這可有效降低由于地震帶來的橋梁破壞。在選擇時，應當注意避免土層和地層分布十分不均勻的地段，并且需要在橋型選擇上注意橋梁的抗震性能以及整體結構等。

5.2 設計烈度

進行抗震設計的基本條件是橋梁的抗震設防烈度達到了6 度及其以上。

5.3 設計方法

對于一般的橋梁工程建設，需嚴格依據(jù)規(guī)范要求進行抗震結構的設計，從而保障橋梁結構能夠安全抗震。在面對一些性質重要的或者需要進行大跨度的橋梁結構建設時，要根據(jù)其對應的橋梁結構進行動力學分析，以此來降低橋梁震害帶來的影響。

通過對以前發(fā)生強震地區(qū)的強震記錄進行分析，研究其加速度反應譜可以得出如下結論：在地震反應譜中可以看到，當阻尼為0 時，峰點位置十分突出，并且反應譜值達到最大，但當阻尼（ζ=0.02）較小時，反應譜的峰值則變得平滑許多。加速度反應譜隨周期時間表現(xiàn)出不一樣的特性，當周期較短時，加速度反應譜變化較大；當周期加長時，跳動幅度則明顯減小。

通過以上描述，人們對加速度反應（設計反應）譜進行了編程，并將其應用在抗震設計當中。通過不斷的優(yōu)化與完善，目前已將其寫入JTG/T B02-01—2008《公路橋梁抗震設計細則》[4]當中，在GB 50011—2010《建筑抗震設計規(guī)范》（2016 年版）中，通常將加速度反應譜稱之為地震影響系數(shù)α曲線。可以在重力加速度g作為單位的條件下，在單質點體系中用數(shù)值表達最大絕對加速度值。

通過反應譜理論進行地震分析時，可以利用多角度的體系線性動力進行地震反應分析。雖然反應譜法在地震強度以及結構動力分析的方向提供較好的解決措施與方法，但局限性也十分明顯，因為這是在基于一定的假設條件下完成的，無法對地震本身所具有的復雜性做出更加詳細的解釋與說明。主要的表現(xiàn)如下：反應譜只存在于彈性范圍內，并不適用于非彈性范圍的結構分析；地震具有持續(xù)性，而反應譜只能對地震發(fā)生時加速度最強的部分做出解釋，具有片面性；反應譜具有單一性，只能對單個阻尼進行分析，無法進行多阻尼分析。

6 結語

綜上所述，橋梁是連接抗震救災現(xiàn)場的重要通道，因而對于橋梁的抗震設計決不能掉以輕心。在滿足國家規(guī)范標準的前提下高質量、高標準地完成橋梁建設?，F(xiàn)今，雖然地震具有不可預見性，但人們必須時刻保持警醒，提前做好安全防范措施。緊密結合橋梁施工的具體環(huán)境以及抗震級別要求，多重視橋梁結構、各個部件連接方式以及橋墩主梁等的有機結合和細節(jié)設計，進一步對橋梁的設計質量進行提升和完善。