摘要：本文結合大跨度橋梁抗震設計發展趨勢,提出了在橋梁抗震設計過程中應遵循的一些設計原則與措施,以提高橋梁結構的防震和抗震效果。
　　關鍵詞：橋梁抗震設計，抗震加固技術
　　引言
　　隨著我國現在化城市和經濟的飛速發展,交通線路的重要性越加突出,公路交通是國民經濟大動脈,同時,也是抗震救災生命線工程之一。橋梁工程是公路工程的咽喉要道,在保障公路通暢中起著至關重要的作用。而一旦地震使交通線路癱瘓,將會給國家和人民帶來極大的損失和不便。大跨度橋梁是交通運輸的關鍵樞紐,對其進行有效的抗震設計,確保其抗震安全性意義深遠。
　　一、大跨度橋梁抗震設計發展
　　大跨度橋梁的抗震設計是一項綜合性的工作,反應比較復雜,相應的抗震設計也比較復雜。目前,國內外現有的大多數橋梁工程抗震設計規范只適用于中等跨徑的橋梁,超過使用范圍的大跨度橋梁則無規范可循。我國公路大跨度橋梁的抗震設計規范仍在初步階段,存在許多需要進一步解決的問題。近年來,美國、日本等一些國家的地震工程專家提出了分級設防的抗震設計思想,一般可概括為:小震不壞、中震可修、大震不倒。我國《公路工程抗震設計規范》規定地震烈度7度以上地區的新建橋梁都必須抗震設防。其中,最主要的建議是要采用兩水平的抗震設計方法,即要求結構在兩個概率水平的地震作用下,分別達到兩個不同的性能標準。
　　二、抗震設計
　　“小震不壞,中震可修,大震不倒”的分類設防抗震設計思想已廣為接受,而能力設計思想也越來越廣泛地被國內外專家學者所接受。能力設計思想要求在一座橋梁內部建立合理的強度級配,以保證地震破壞只發生在預定的部位,而且是可控制的。具體來說,要選擇理想的塑性鉸位置并進行仔細的配筋設計以保證其延性抗震能力;而不利的塑性鉸位置或破壞機制(脆性破壞)則要通過提供足夠的強度加以避免。大跨度橋梁的抗震設計應分兩階段進行:1)在方案設計階段進行抗震概念設計,選擇一個較理想的抗震結構體系;2)在初步或技術設計階段進行延性抗震設計,并根據能力設計思想進行抗震能力驗算,必要時進行減、隔震設計提高結構的抗震能力。
　　1、抗震概念設計
　　對結構抗震設計來說,“概念設計”比“計算設計”更為重要。正是由于地震發生的不確定性和復雜性,再加上結構計算模型的假定與實際情況的差異,使“計算設計”很難控制結構的抗震性能,因而不能完全依賴計算。結構抗震性能的決定因素是良好的“概念設計”。因此,在橋梁的方案設計階段,不能僅僅根據功能要求和靜力分析就決定方案的取舍,還應考慮橋梁的抗震性能,盡可能選擇良好的抗震結構體系。在抗震概念設計時,為了保證橋梁結構的經濟性和抗震安全性,要特別重視上、下部結構連接部位的設計,橋墩形式的選取,過渡孔處連接部位的設計以及塑性鉸預期部位的選擇。通常允許橋梁結構在強震下進入塑性工作狀態,在預期的部位形成塑性鉸以耗散能量,但不允許出現脆性破壞,如剪切破壞。為了保證所選擇的結構體系在橋址處的場地條件下確實是良好的抗震體系,必須進行簡單的分析(動力特性分析和地震反應評估),然后結合結構設計分析結構的抗震薄弱部位,并
　　進一步分析是否能通過配筋或構造設計保證這些部位的抗震安全性。最后,根據分析結果綜合評判結構體系抗震性能的優劣,決定是否要修改設計方案。
　　2、延性抗震設計
　　橋梁的延性抗震設計應分兩個階段進行:1)對于預期會出現塑性鉸的部位進行仔細的配筋設計;2)對整個橋梁結構進行抗震能力分析驗算,確保其抗震安全性。這兩個階段可以反復,直到通過抗震能力驗算,或進行減、隔震設計以提高抗震能力。
　　3、橋梁減、隔震設計
　　減、隔震技術是簡便、經濟、先進的工程抗震手段。減、隔震裝置是通過增大結構主要振型的周期使其落在地震能量較少的范圍內或增大結構的能量耗散能力來達到減小結構地震反應的目的。在進行抗震設計時,要根據結構特點和場地地震波的頻率特性,通過選用合適的減隔震裝置、相應參數以及設置方案,合理分配結構的受力和變形。一方面,應將重點放在提高吸收能量能力從而增大阻尼和分散地震力上,不可過分追求加長周期。另一方面,應選用作用機構簡單的減、隔震體系,并在其力學性能明確的范圍內使用。減、隔震設計的效果,需
　　要進行非線性地震反應分析來驗證。
　　大量研究表明,最適宜進行減、隔震設計的情況主要有:
　　1)橋梁墩柱較剛性,即自振周期較小;
　　2)橋梁很不規則,如墩柱的高度變化較大,有可能導致受力不均勻;
　　3)預測的場地地震運動的能量主要集中在高頻分量,而低頻分量的能量較少(淺震、近震、巖石地基)。因此,要根據結構特點和場地震動特點決定是否要進行減、隔震設計,以及采取什么減、隔震裝置。
　　近年來國內外學者提出在橋梁結構中設置粘滯阻尼器來改善結構的抗震性能,已在多座橋梁中得以應用。有研究表明:將隔震支座與粘滯阻尼器組合使用既能減小結構地震力,又能有效地控制梁體位移及墩、梁相對位移。
　　三、抗震加固技術
　　在決定一座橋梁是否如何加固以前,應先評估其抗震能力。主要是先決定墩柱的破壞形式及墩柱的最大延性能力,其次計算整體屈服的地震加速度及整體的最大延性能力,最后算出橋梁的抗震能力Ac值。
　　1、橋梁震害介紹
　　從我國歷次破壞地震中,調查得到的公路橋梁震害產生的主要原因有以下幾類:
　　(1)支承連接件失效———由于上下部結構產生了支承連接件不能承受的相對位移,使支承連接件失效,上部與下部結構脫開,導致梁體墜毀。由于落梁的強烈沖擊力,下部結構將遭受嚴重破壞。支承連接件失效的原因,主要是設計低估了相鄰跨之間的相對位移。為了解決這個問題,目前國內外的通常做法是增加支承面寬度和在簡支的相鄰梁之間安裝縱向約束裝置。
　　(2)下部結構失效———主要是指橋墩和橋臺失效。橋墩和橋臺如果不能抵抗自身的慣性力和由支座傳遞來的上部結構的地震力,就會開裂甚至折斷,其支承的上部結構也將遭受嚴重的破壞。
　　鋼筋混凝土柱式橋墩大量遭受嚴重損壞,是近期橋梁震害的一個特點。其原因主要是橫向約束箍筋數量不足和間距過大,因而不足以約束混凝土和防止縱向受壓鋼筋屈曲。目前的解決辦法是通過能力設計和延性設計,使橋梁的屈服只發生在預期的塑性鉸部位,其余結構保持彈性。
　　(3)軟弱地基失效———如果下部結構周圍的地基易受地震震動而變弱,下部結構就可能發生沉降和水平移動。如砂土的液化和斷層等,在地震中都可能引起墩臺的毀壞。地基失效引起的橋梁結構破壞,有時是人力所不能避免的,因此在橋梁選址時就應該重視,并設法加以避免。如果無法避免時,則應考慮對地基進行處理或采用深基礎。
　　2、研究現狀
　　針對橋梁在地震中的震害類型,目前,國內外橋梁抗震加固主要采取以下技術措施:
　　(1)在伸縮縫、鉸和梁端等上部接縫處采用拉桿、擋塊或者增加支承面寬度等措施,以防止落梁震害的發生;
　　(2)增加鋼筋混凝土橋墩的橫向約束,提高其抗彎延性和抗剪強度,防止橋墩彎曲和剪切震害;
　　(3)采用減隔震技術及專門的耗能裝置,提高橋梁的抗震性能。例如采用鉛芯橡膠耗能支座等。對隔震而言,利用周期、阻尼與位移等相依變量進行參數分析,配合加固目標的訂定,最后提出結合位移設計法的隔震裝置加固設計程序。隔震裝置的分析采用鉛芯橡膠支座(LRB)以及摩擦單擺支座(FPS)兩種。對減震而言,亦可結合位移設計法進行減震加固設計。可使用替代結構法,將結構以等效勁度及等效阻尼比以線性迭代的方式來進行粘滯性阻尼器的加固設計。
　　3、發展趨勢
　　從橋梁震害調查中發現,遭受嚴重破壞和倒塌的橋梁結構,絕大部分是源于落梁和抗彎延性不足。因此,國外主要的多震國家,開始強調橋梁結構整體的延性能力,其它一些國家則在原有規范的基礎上,也相應地對保證橋梁結構整體的延性能力,并通過設計和構造保證橋梁結構的整體延性能力。為了保證結構的整體延性能力,目前通常的做法是增加防落梁構造措施和在預期出現塑性鉸的關鍵部位增加橫向約束,以提高橋墩的抗彎延性和抗剪強度。從加固的對象上來看,美國、日本等橋梁抗震加固水平最高的國家,已經把加固的重點從以前單一的防落梁構造措施,轉移到重視橋墩整體延性上來,以保證加固后的橋梁與新建橋梁的抗震能力相當。國內外地震工程研究人員總結了近年來國內外的震害資料,開始檢討過去單純“強度抗震”設計的指導思想,研究考慮基于性能的抗震設計原則。基于性能的設計被廣泛的認為是未來結構抗震設計規范的基本思想。抗震設計的性能指標,可以是單一指標,也可以是多指標或組合指標。在研究手段方面,整個抗震工程學都出現了越來越重視和依靠地震模擬試驗的發展趨勢。應該注意到現在的試驗已經不再是傳統意義上的簡單試驗,而是和現代科技融為一體的高科技試驗.
　　四、結語
　　隨著對地震機理認識的逐步加深,提高和完善橋梁結構物的各項功能,以及橋梁抗震構造措施進一步的改進和完善,可以很好地達到橋梁結構的防震和抗震效果。而橋梁抗震加固技術研究已經有了較好的基礎,建議針對我國公路橋梁的特點,得出適合于我國公路橋梁的抗震加固技術,并推廣應用,為提高我國公路橋梁的抗震性能和抵御地震災害的能力提供可靠的技術保證。