桥梁结构抗震综述

摘要：中国的桥梁结构抗震落后于同期的建筑结构的抗震，而且落后于西方国家。笔者首先描述了桥梁遭受地震后呈现的破坏形式，通过破坏形式探讨了其抗震思想的发展：基于强度的抗震理论逐渐过渡到基于性能的抗震理论。此外，还介绍了基于性能的抗震理论的设计方法与特点。

关 键 词：桥梁结构；抗震；设计理论；综述

中图分类号：K928 文献标识码： A

桥梁是生命线工程的重要组成部分，是交通运输的枢纽工程，在抗震救灾中处于极其重要的地位。因此，如何提高桥梁的抗震能力，使桥梁在地震时能起到安全疏散、避难的作用，地震后确保抗震救灾重建家园的交通需要，是桥梁工程中的重要研究课题。中国的桥梁抗震的发展远远落后与其它西方国家。在参考国内外桥梁抗震的主要设计思想与方法后，笔者主要介绍了震害形式的和抗震理论的发展。

1. 桥梁主要的震害形式

1.1上部结构震害

桥梁上部结构震害按照产生原因的不同，可以分为结构震害、碰撞震害和位移震害。其中最常见的是移位，最严重的是落梁。桥梁碰撞震害包括：桥面伸缩缝位置混凝土裂缝及压碎变形，混凝土伸缩缝位置护栏混凝土撞损。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。一般来说，设置伸缩缝的地方比较容易发生位移震害。

支座的破坏形式主要表现为支座的位移，锚固螺栓拔出、剪断，活动支座脱落，以及支座本身构造上的破坏等。在汶川地震中，桥梁支座损坏较多，支座存在位移，剪切变形，鼓包等震害。这是因为汶川的中小跨度梁桥一般均采用板式橡胶支座，支座与墩台和粱体间无连接措施，地震中出现了梁体与支座间的相对滑动。

1.3下部结构和基础震害

汶川地震中大量桥梁盖梁抗震挡块（剪力键）的剪断或剪裂现象较为普遍。桥台的震害一般比桥墩多，由于地基土液化，使桥台向河心滑移，下沉，倾斜等；由于台背动土压力，使桥台倾斜，倾倒，台身断裂等。桥墩的震害主要是墩身下沉，倾斜及倾倒和墩身开裂，切断等。基础的震害主要表现是基础的整体移动倾斜，下沉或桩身或沉井的开裂或断裂。

2.桥梁抗震设计理论的发展

2.1一阶段抗震设计思想（基于强度抗震设计方法）

2.2基于强度的抗震设计方法的局限性

从以上可以看出，在基于强度抗震设计方法中，仅体现了结构对强度的要求，但没有明确提出结构的设计目标。基于强度的抗震设计过程和强度折减系数的取值具有较大的模糊性，这主要表现在以下几方面：

1）基于强度设计理论需首先确定结构的自振周期，结构的自振周期与结构的初始刚度直接相关，一般在进行桥梁的抗震设计时，取墩柱的毛截面刚度作为截面的弹性刚度或者通过采用一个常系数对毛截面刚度进行折减来考虑混凝土开裂的影响。这种方法，实际上隐含假定截面的刚度是与强度互不相关的。

2）影响结构的位移延性能力的因素很多，但由结构位移延性能力所确定的强度折减系数非常模糊。对桥墩，结构的位移延性能力不仅与墩底截面的轴压比、配箍率有关，而且还要受到墩柱本身的形状比L/D基础变形和橡胶支座柔性等因素的影响。

3）在基于强度抗震设计方法中，没有明确提出结构的设计目标，在设计过程中又仅体现了结构对强度的要求，从而容易造成工程技术人员偏重于保证结构的强度而忽略了对变形的要求。基于强度抗震设计方法存在的这些局限性，使得工程技术人员很难对结构的抗震性能进行有效地把握和控制，不利于实现基于性能的抗震设计思想。

2.3 基于性能抗震设计

2.3.1 发展概况

基于性能的抗震设计理论以结构抗震性能分析为基础，针对每一种抗震作用水准，将结构的抗震性能划分成不同等级，设计者根据结构的用途，业主、使用者及邻居的特殊要求，采用合理的抗震性能目标和合适的结构抗震措施进行设计，使结构在各种水准地震作用下的破坏损失，能为业主选择和承受，通过对工程项目进行生命周期的费效分析后达到一种安全可靠和经济合理的优化平衡。

2.3.2 基于性能抗震设计的目的

基于性能的抗震设计的目的是将所设计的结构在指定强度地震下的破损状态及其造成的经济损失、人员伤亡等控制在预期的目标范围内，使结构震后的功能得以延续、维持。其中，基于性能的抗震设计方法是性能设计理论的重要内容，近年来国内外不少学者对此进行深入研究。

2.3.3 基于性能抗震设计的方法

基于性能的抗震设计方法主要有承载能力设计方法、直接基于位移进行抗震设计方法、能量设计法。（此方法最先运用于建筑结构上，可以作为桥梁结构的一种参考）

2.3.4 基于性能抗震设计的特点

与基于强度的抗震设计思想相比，基于性能的抗震设计思想主要有以下几个特点： 1）性能目标的多级性，即在不同的地震设防水准下，结构应满足不同等级的性能要求；对重要的结构，其性能目标要高于一般结构。

2）性能目标的可选性。在基于性能的抗震设计中，可以在满足规范的前提下，根据结构的用途及业主、使用者等的特殊要求，由工程师同业主、使用者共同研究制订结构的性能目标。

3）结构抗震性能的可控制性。在基于性能抗震设计中，在设计初始就明确结构的性能目标，并且使通过设计，使结构在各级地震作用的反应能够达到预先确定的性能目标，因而结构的抗震性能是可以预测和控制的。

3 结 语

中国桥梁结构抗震规范现在经历一个由基于强度抗震思想过渡到基于性能抗震思想的过渡阶段。在这关键的过渡时期，设计人员应该逐步适应基于性能的设计方法。并且应该对抗震设防水准进行比较清晰的规定，还应该对性能有合理的指标来规范（特别是在基本地震作用情况下）。

对桥梁结构抗震设计，还应该同样重视延性设计（即加强构造措施）。以此来消除或者减弱计算结果与实际情况的误差。

通过对桥梁地震灾害的研究，当前引起地震灾害主要原因是由落梁，引起落梁原因是墩梁相对位移过大，限制相对位移过大措施有：加长支撑面，纵向设计连接装置，横向设置挡块（横挡纵联）。