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摘要：桥梁是交通生命线工程中的重要组成部分，震区桥梁的破坏不仅直接阻碍了及时救灾行动，使得次生灾害加重，导致生命财产以及间接经济损失巨大，而且给灾后的恢复与重建带来困难。本文介绍了桥梁的震害及特征,阐述了公路桥梁抗震设计原则,提出了具体的桥梁抗震设计思路。
关键词：公路桥梁；抗震；设计
Abstract: traffic lifeline engineering bridge is an important part of the bridge, the earthquake damage not only directly hindered timely relief action, make secondary disaster aggravated, lead to life and property as well as indirect economic loss, and great for post-disaster restoration and reconstruction difficult. This paper introduces the damage of the bridge and the characteristics of the seismic design of highway Bridges on principle, puts forward the concrete bridge seismic design.
Keywords: highway bridge; Seismic; design
中图分类号：K928.78文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
引言：
历史上发生的大地震给人们带来了巨大的生命财产损失，促使人们去研究和了解这种特殊的自然灾害，探讨减轻震害的对策和方法。至20世纪60年代世界性的地震工程研究与结构抗震理论研究已取得了较大进展，大多数国家根据本国国情，制定了相应的结构抗震设防原则与抗震设计规范。但是，1971年圣费南多地震(M6.6)；1989年美国洛马普里埃塔地震(M7.0)；1994年诺斯雷奇地震(M6.7)以及1995年日本阪神地震(M7.2)均为中等强度的地震，而桥梁的破坏却十分严重。这迫使各国工程师对桥梁震害进行分析，对结构的抗震设防标准与抗震设计原则提出新观点。
1 桥梁的震害及特征
对国内外震害的调查表明,在过去的地震中,有许多桥梁遭受了不同程度的破坏,其主要震害有以下几点:
1.1 桥台震害。桥台的震害主要表现为桥台与路基一起向河心滑移,导致桩柱式桥台的桩柱倾斜、折断和开裂。重力式桥台胸墙开裂,台体移动、下沉和转动。
1.2 桥墩震害。桥墩震害主要表现为桥墩沉降、倾斜、移位,墩身开裂、剪断,受压缘混凝土崩溃,钢筋裸露屈曲,桥墩与基础连接处开裂、折断等。
1.3 支座震害。造成如支座锚固螺栓拔出、剪断、活动支座脱落及支座本身构造上的破坏等,并由此导致结构力传递形式的变化,进而对结构的其它部位产生不利的影响。
1.4 梁的震害。桥梁最严重的震害现象是主梁坠落。落梁主要是由于桥台、桥墩倾斜或倒塌,支座破坏,梁体碰撞,相邻桥墩间发生过大相对位移等引起的。
1.5 地基与基础震害。地基与基础的严重破坏是导致桥梁倒塌,并在震后难以修复使用的重要原因。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数导致的地层水平滑移、下沉、断裂。
1.6另外桥梁结构的震害还表现在:结构构造及连接不当所造成的破坏,桥台台后填土位移过大造成的桥台沉降,或斜度过大造成墩台承受过大的扭矩引起的破坏。
2 公路桥梁抗震的设计原则
2.1 公路桥梁的选址
应做好地质分析，准确判断建桥位置的地震危险性，并参考分析结果选择比较安全的工程地点。应尽可能选择坚硬场地，避免地震带来的地基液化失效等问题。
2.2 桥梁的整体性和规则性
桥梁上部结构应尽可能连续，以防止结构构件及非结构构件在地震时被震散掉落，使结构充分发挥其空间作用。无论是在平面还是在立面上，结构的布置都应使其几何尺寸、质量和刚度均匀、规整，避免突然变化。
2.3 结构与构件的强度和延性
地震对桥梁的破坏源于其引起的桥梁结构振动，因此抗震设计要力图减小由地基传入结构的振动能量，并使结构具有适当的强度和刚度。而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，因此提高结构延性也是影响桥梁抗震设计质量的关键之一。
2.4 其他原则
应强调设计中强度安全度的差异，在不同的构件与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。应尽量使桥梁成为具有多道抵抗地震侧向力的体系，使其在面临强震时，一道防线破坏后尚有第二道防线来支撑结构，提高桥梁的实际抗震能力。
3 抗震设计中应注意的要点分析
3.1 上部结构抗震设计
应根据跨径大小，采用相应的上部結构和截面型式，跨径较大时，宜采用箱型截面，因为该形式具有较大的抗扭刚度和抗震性能。实践证明，加强上部结构的整体性，限制其位移，是提高桥梁上部结构抗震能力的有效措施。对于梁桥，用连续梁替代简支梁可减少伸缩缝，从而减少因桥跨分离产生位移导致的落梁事故;当采用多跨简支梁时，应加强梁间的纵、横向联系，将桥面做成连续，或采用先简支后结构连续的构造措施。采用真空压浆方法，保证预应力管道水泥浆饱满对提高预应力桥梁的强度和刚度很有帮助。在同一座桥上不宜拱式与梁式桥型混合一起，否则，应将其衔接部位的桥墩予以加强。拱桥主拱圈宜采用抗扭刚度较大的箱形拱、板拱等。空腹式拱桥宜减少填料厚度。当采用肋拱时，则应采用钢筋混凝土结构，并在拱顶、1/4、3/4跨度处设横隔板，加强肋间的横向联系。
3.2 下部结构抗震设计
宜采用U形或T形桥台形式，并将桥台布置在地基相对稳定的位置。由于重力式桥台抗震性能较柱式桥台和带耳墙的埋置式桥台好，且施工方便，造价低廉，故在条件允许情况下，应优先选用。钢筋混凝土桥墩的延性比石砌或混凝土预制块砌筑的桥墩好，空心截面桥墩的延性优于实心截面的桥墩，因此应考虑在实际应用中选择空心截面的钢混结构桥墩，并根据桥墩的高度选择合理的上部结构与下部结构的联接形式，如高墩桥梁宜采用有选择性的刚性连接，矮墩桥梁则应采用支座连接方式。
3.3 连接件的抗震设计
支座和伸缩缝等连接件是桥梁整体抗震性能上的一个薄弱环节，且梁体位移多发生在伸缩缝位置，因此应在设计中尽量减少伸缩缝的用量。选用伸缩缝时，应使其变形能力满足预计地震产生的位移，并使伸缩缝的支承面具有足够宽度，同时应设置限位器与剪力键橡胶支座使其具有一定的消能作用。通常在梁底部加焊钢板，或加纵、横向挡块限制支座位移和滑动。铅芯-橡胶支座把水平柔性、阻尼能力、弹性恢复力、竖向承载力融为一体，既能满足正常使用功能，又能在地震时延长自振周期，增大阻尼耗散能量，减少结构构件的损伤，故应在高烈度区简支梁设计中推广使用。
3.4 抗震装置的设计
目前在桥梁抗震设计中应用较为普遍的方法是弹性反应谱抗震法，这种设计具有计算相对简单并与现有的规范计算方法接近的优点。但应注意的是，由于抗震装置的等效刚度和等效阻尼的计算与抗震装置在地震中的最大变形程度有关，抗震装置的变形又与整个桥梁的地震响应程度有关，因此其设计过程应是在不断完善和变化的。具体计算中，需要设计师对桥梁结构地震响应的程度有较好的预估能力，依据经验初步制定设计方案，并采用一系列时程来分析和验证其设计合理性。
3.5 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。
4 结束语
常规性梁桥设计构造上应首先满足地震时上部结构的横向位移的要求，采用合理的支承长度以及防落梁构造措施，并设置限位装置；其次应注意支座的类型与合理布置；其三是注意桥墩的延性构造细节。随着《公路桥梁抗震细则》的颁布和推广，桥梁抗震设计必然进入一个新的层面。
最后希望相关部门对现有抗震能力不足的老桥问题予以重视，建议首先对设防裂度7级及以上地区的老桥进行必要的检查，对关系重大的桥梁进行必要的加固处理。《公路桥梁加固规范》指出应根据公路等级、桥梁重要性和抢修难度程度將公路桥梁划分为A～D类，规范建议有次序的进行加固。
参考文献：
[1]聂宁.地震在桥梁中的危害及抗震设计的基本原则与减隔震系统[J].交通世界(建养•机械),2008,(10).
[2]郁中伟,马良,郑明玉. 现行桥梁抗震理论与设计方法[J].山西建筑,2008,(01).
[3]杨传永.公路桥梁抗震设计细则分析[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版), 2009,(03).
[4]于延楼,胡海勇,刘成国.浅析公路桥梁的抗震设计[J].公路交通科技(应用技术版), 2011,(01).
关键词：公路桥梁；抗震；设计
Abstract: traffic lifeline engineering bridge is an important part of the bridge, the earthquake damage not only directly hindered timely relief action, make secondary disaster aggravated, lead to life and property as well as indirect economic loss, and great for post-disaster restoration and reconstruction difficult. This paper introduces the damage of the bridge and the characteristics of the seismic design of highway Bridges on principle, puts forward the concrete bridge seismic design.
Keywords: highway bridge; Seismic; design
中图分类号：K928.78文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
引言：
历史上发生的大地震给人们带来了巨大的生命财产损失，促使人们去研究和了解这种特殊的自然灾害，探讨减轻震害的对策和方法。至20世纪60年代世界性的地震工程研究与结构抗震理论研究已取得了较大进展，大多数国家根据本国国情，制定了相应的结构抗震设防原则与抗震设计规范。但是，1971年圣费南多地震(M6.6)；1989年美国洛马普里埃塔地震(M7.0)；1994年诺斯雷奇地震(M6.7)以及1995年日本阪神地震(M7.2)均为中等强度的地震，而桥梁的破坏却十分严重。这迫使各国工程师对桥梁震害进行分析，对结构的抗震设防标准与抗震设计原则提出新观点。
1 桥梁的震害及特征
对国内外震害的调查表明,在过去的地震中,有许多桥梁遭受了不同程度的破坏,其主要震害有以下几点:
1.1 桥台震害。桥台的震害主要表现为桥台与路基一起向河心滑移,导致桩柱式桥台的桩柱倾斜、折断和开裂。重力式桥台胸墙开裂,台体移动、下沉和转动。
1.2 桥墩震害。桥墩震害主要表现为桥墩沉降、倾斜、移位,墩身开裂、剪断,受压缘混凝土崩溃,钢筋裸露屈曲,桥墩与基础连接处开裂、折断等。
1.3 支座震害。造成如支座锚固螺栓拔出、剪断、活动支座脱落及支座本身构造上的破坏等,并由此导致结构力传递形式的变化,进而对结构的其它部位产生不利的影响。
1.4 梁的震害。桥梁最严重的震害现象是主梁坠落。落梁主要是由于桥台、桥墩倾斜或倒塌,支座破坏,梁体碰撞,相邻桥墩间发生过大相对位移等引起的。
1.5 地基与基础震害。地基与基础的严重破坏是导致桥梁倒塌,并在震后难以修复使用的重要原因。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数导致的地层水平滑移、下沉、断裂。
1.6另外桥梁结构的震害还表现在:结构构造及连接不当所造成的破坏,桥台台后填土位移过大造成的桥台沉降,或斜度过大造成墩台承受过大的扭矩引起的破坏。
2 公路桥梁抗震的设计原则
2.1 公路桥梁的选址
应做好地质分析，准确判断建桥位置的地震危险性，并参考分析结果选择比较安全的工程地点。应尽可能选择坚硬场地，避免地震带来的地基液化失效等问题。
2.2 桥梁的整体性和规则性
桥梁上部结构应尽可能连续，以防止结构构件及非结构构件在地震时被震散掉落，使结构充分发挥其空间作用。无论是在平面还是在立面上，结构的布置都应使其几何尺寸、质量和刚度均匀、规整，避免突然变化。
2.3 结构与构件的强度和延性
地震对桥梁的破坏源于其引起的桥梁结构振动，因此抗震设计要力图减小由地基传入结构的振动能量，并使结构具有适当的强度和刚度。而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，因此提高结构延性也是影响桥梁抗震设计质量的关键之一。
2.4 其他原则
应强调设计中强度安全度的差异，在不同的构件与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。应尽量使桥梁成为具有多道抵抗地震侧向力的体系，使其在面临强震时，一道防线破坏后尚有第二道防线来支撑结构，提高桥梁的实际抗震能力。
3 抗震设计中应注意的要点分析
3.1 上部结构抗震设计
应根据跨径大小，采用相应的上部結构和截面型式，跨径较大时，宜采用箱型截面，因为该形式具有较大的抗扭刚度和抗震性能。实践证明，加强上部结构的整体性，限制其位移，是提高桥梁上部结构抗震能力的有效措施。对于梁桥，用连续梁替代简支梁可减少伸缩缝，从而减少因桥跨分离产生位移导致的落梁事故;当采用多跨简支梁时，应加强梁间的纵、横向联系，将桥面做成连续，或采用先简支后结构连续的构造措施。采用真空压浆方法，保证预应力管道水泥浆饱满对提高预应力桥梁的强度和刚度很有帮助。在同一座桥上不宜拱式与梁式桥型混合一起，否则，应将其衔接部位的桥墩予以加强。拱桥主拱圈宜采用抗扭刚度较大的箱形拱、板拱等。空腹式拱桥宜减少填料厚度。当采用肋拱时，则应采用钢筋混凝土结构，并在拱顶、1/4、3/4跨度处设横隔板，加强肋间的横向联系。
3.2 下部结构抗震设计
宜采用U形或T形桥台形式，并将桥台布置在地基相对稳定的位置。由于重力式桥台抗震性能较柱式桥台和带耳墙的埋置式桥台好，且施工方便，造价低廉，故在条件允许情况下，应优先选用。钢筋混凝土桥墩的延性比石砌或混凝土预制块砌筑的桥墩好，空心截面桥墩的延性优于实心截面的桥墩，因此应考虑在实际应用中选择空心截面的钢混结构桥墩，并根据桥墩的高度选择合理的上部结构与下部结构的联接形式，如高墩桥梁宜采用有选择性的刚性连接，矮墩桥梁则应采用支座连接方式。
3.3 连接件的抗震设计
支座和伸缩缝等连接件是桥梁整体抗震性能上的一个薄弱环节，且梁体位移多发生在伸缩缝位置，因此应在设计中尽量减少伸缩缝的用量。选用伸缩缝时，应使其变形能力满足预计地震产生的位移，并使伸缩缝的支承面具有足够宽度，同时应设置限位器与剪力键橡胶支座使其具有一定的消能作用。通常在梁底部加焊钢板，或加纵、横向挡块限制支座位移和滑动。铅芯-橡胶支座把水平柔性、阻尼能力、弹性恢复力、竖向承载力融为一体，既能满足正常使用功能，又能在地震时延长自振周期，增大阻尼耗散能量，减少结构构件的损伤，故应在高烈度区简支梁设计中推广使用。
3.4 抗震装置的设计
目前在桥梁抗震设计中应用较为普遍的方法是弹性反应谱抗震法，这种设计具有计算相对简单并与现有的规范计算方法接近的优点。但应注意的是，由于抗震装置的等效刚度和等效阻尼的计算与抗震装置在地震中的最大变形程度有关，抗震装置的变形又与整个桥梁的地震响应程度有关，因此其设计过程应是在不断完善和变化的。具体计算中，需要设计师对桥梁结构地震响应的程度有较好的预估能力，依据经验初步制定设计方案，并采用一系列时程来分析和验证其设计合理性。
3.5 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。
4 结束语
常规性梁桥设计构造上应首先满足地震时上部结构的横向位移的要求，采用合理的支承长度以及防落梁构造措施，并设置限位装置；其次应注意支座的类型与合理布置；其三是注意桥墩的延性构造细节。随着《公路桥梁抗震细则》的颁布和推广，桥梁抗震设计必然进入一个新的层面。
最后希望相关部门对现有抗震能力不足的老桥问题予以重视，建议首先对设防裂度7级及以上地区的老桥进行必要的检查，对关系重大的桥梁进行必要的加固处理。《公路桥梁加固规范》指出应根据公路等级、桥梁重要性和抢修难度程度將公路桥梁划分为A～D类，规范建议有次序的进行加固。
参考文献：
[1]聂宁.地震在桥梁中的危害及抗震设计的基本原则与减隔震系统[J].交通世界(建养•机械),2008,(10).
[2]郁中伟,马良,郑明玉. 现行桥梁抗震理论与设计方法[J].山西建筑,2008,(01).
[3]杨传永.公路桥梁抗震设计细则分析[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版), 2009,(03).
[4]于延楼,胡海勇,刘成国.浅析公路桥梁的抗震设计[J].公路交通科技(应用技术版), 2011,(01).