橋梁抗震范文

導語：如何才能寫好一篇橋梁抗震，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關鍵詞】橋梁抗震；結構控制；消能減震

我國是一個多地震國家，地震中，橋梁的破壞將導致交通中斷，這不但會影響人們的正常生活和經濟運行，造成嚴重的經濟損失，而且將嚴重影響震后救災工作，使人員不能安全順利疏散，并阻礙向災區緊急輸送救援人員和救災物資，從而加劇地震災害。為了保障公路橋梁設施的完好，就需要在橋梁設計中對橋梁抗震設計有充分的重視。

1 橋梁抗震分析方法

人類對地震的研究也不斷地獲得進步，特別是近半個多世紀以來，人們對地震的破壞機理已有了深入的認識，并發展了各種抗震分析方法。橋梁結構地震響應分析方法可以分為確定性方法和概率性方法兩大類。確定性方法是以確定性的荷載作用于結構，求解該確定性荷載作用下結構動力反應的方法。概率性方法將地震作用視為隨機過程，以此隨機地震作用于結構，求出結構動力響應統計量。

1.1 確定性抗震分析方法

1.1.1 靜力分析法

靜力分析是國際上最早形成的抗震分析理論。20 世紀初，日本學者提出水平最大加速度是造成地震破壞的重要因素，并提出按等效靜力分析求地震效應的方法。將結構看作剛體，不考慮變形對結構的影響，也不考慮地震作用隨時間的變化及其與結構動力特性的關系，結構各質點的水平地震作用最大值為該質點與地面運動加速度的乘積。

在20世紀60年代末又提出了非線形靜力Pushover分析方法——推倒分析方法，最近幾年來，Pushover法得到了較大的發展，并得到了廣泛的應用，分析過程一般需要借助計算機程序完成。其基本假定為:（1）多自由度結構體系的響應與一等效單自由度體系相關，即結構響應主要由第一振型控制。（2）結構物沿高度變形的形狀向量，在整個地震反應過程中保持不變。Pushover法是通過對結構施加單調遞增荷載來進行分析的一種非線性靜力分析方法，它研究結構在地震激勵下進入塑性倒塌狀態時的非線性性能。該方法通常把相鄰伸縮縫之間的結構當作是空間的獨立框架考慮，并且假定上部結構在水平面內是相對剛性的。分析的初始階段是對單獨的排架墩在所考慮的方向上（順橋向或橫橋向）進行獨立的倒塌分析和整個框架的分析，將橋墩剛度模擬為非線性彈簧，計算出整個框架的初始剛度中心，以及橫向剛度、轉動剛度和質心處的剛度。在框架質心處，通常是上部結構的質心，施加單調遞增的水平力，并且，隨著框架非線性發展的程度不斷地調整橋墩的剛度和結構剛度，直至結構達到最終極限狀態為止。

1.1.2 反應譜法

反應譜分析建立在強震觀測基礎上，由美國學者M?A?Biot在20世紀40年代提出，到50年代初由Housner實現。將實測地震波代入單自由度動力反應方程，計算出各自最大彈性地震反應，從而得出結構最大地震反應與結構自振周期的關系曲線。由反應譜可計算最大地震作用，再按靜力法計算地震反應。反應譜分析雖然考慮了結構的動力特性，但在分析中仍把地震慣性力看作靜力，因此只能稱為準動力分析。反應譜分析法在地震作用計算方面取得了重大突破，因而在地震工程的發展中具有非常重要的貢獻，是目前各國抗震規范中給出的一種主要抗震分析方法?？傊?，反應譜方法在大跨度橋梁的方案設計階段，對結構的抗震性能進行粗略的評估還是可行的，但是對于重要結構或大跨度橋梁的地震反應分析則應進行專題研究。

1.1.3 時程分析法

時程分析法是將實際地震動記錄或人工生成的地震波作用于結構，直接對結構運動方程進行數值積分而求得結構地震反應的時間歷程。只要正確選擇地震動主要參數，且所選用的地震波基本符合這些主要參數，時程分析法就可以在一定程度上給出未來地震作用下結構反應。該法對于線性荷載，簡諧荷載或用簡單解析式表達的荷載激勵下線性結構的響應能夠得到具有計算機精度的數值。由于地震加速度記錄中兩個離散時刻之間的加速度值一般假設為線性變化，因此采用精細程積分求解是非常有利的。此方法的主要優點是既可以做線性分析，又可以做彈塑性動態分析，概念明確。其主要缺點是計算結果過渡依賴于所選取的加速度時程曲線，離散性很大。為得到較可靠的計算結果常要計算許多時程樣本，并加以統計評論，為此需要進行大量的計算。實際上只對特別重要的大跨度結構才使用該法。

1.2 概論性抗震分析方法

概論性抗震分析方法包括隨機振動、虛擬激勵法系列。

隨機振動法假定地震動在時間和空間上都是隨機變化的，采用空間相關函數來描述各點地震動的相關性。此方法是建立在各點地面運動的統計特征基礎上，在確定了地震動的自功率譜和互功率譜后，計算出各反應量的統計規律。對于大跨度橋梁結構，在進行抗震分析時應該考慮行波效應、部分相干效應和局部場地效應，傳統的抗震方法在分析上遇到了困難，并且計算結果也和實際情況有較大差異。經過幾十年來國內外學者的共同努力，隨機振動理論取得了豐碩的成果，已成為近代應用力學的一個重要分支。盡管作為其應用核心的線性隨機振動基本理論早已成熟，然而這些理論成果在工程領域卻遠未得到充分應用，其原因是計算的復雜性和效率低下。

2 結構控制技術

結構控制技術是工程抗震研究的熱點問題。該技術通過在工程結構的特定部位裝設某種裝置（如耗能支承等）、或某種子結構（如調頻質量TMD等）、或施加外力（外部能量輸入），以改變或調整結構特性，確保結構及其附屬物的安全。作為目前應用較廣泛的一種結構控制技術，減隔震技術利用特制的減震及隔震裝置，大量消耗或阻止進入結構體系的能量，達到控制結構內力分布與大小的目的。

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關鍵詞：橋梁工程；橋梁抗震設計；強度

前言

我們國家的國土面積非常廣，其中許多地區都位于地震帶上，所以為了確保橋梁項目的性能不受影響，就應該在設計的時候，認真考慮它的抗震性特征，積極開展好抗震設計工作。最近幾年，我們國家在對于引發地震的機理，地震波的傳遞特征和地震波作用下結構產生的動力響應的特點、破壞特征、結構的抗震能力的研究和探索的不斷深入，使得抗震設計工作有了很好的發展，獲取了顯著的成就。

1 地震對橋梁的破壞性

眾所周知，地震的影響力非常大。一旦災害發生，首先被破壞的是地基，尤其是那些地基處在較陡峭的坡體上面的橋梁，它面對地震災害的時候，破損更為嚴重。因此，我們在選取地基的時候一定要綜合分析，全面論述，多方比對之后才可以下結論。當地震發生以后，項目的破壞形式并不是完全一樣的。具體來講有如下的幾點不同之處。橋墩的墩身發生位移，支座的錨栓被剪斷，有時候梁體也會斷裂下落；墩體出現裂痕，導致橋梁存在塌陷的可能性；由于受到河水的沖洗，此時沙土被液化，導致橋墩沉降。所謂的支座破壞，具體來講指的是上方結構生成的力經由支座本身的構件向下傳遞到下方的構造之中，如果傳遞的力的強度比構件的原定強度要高的話，就會導致支座受損。對橋梁下方的構造來講，由于支座受損導致絕大多數的力被分散，這樣就能夠避免地震產生的力傳輸給墩臺，此時下方的結構就不會繼續受損了，不過它有梁體掉落的可能性。

2 橋梁抗震設計的原則

2.1 正確選擇地址

在選擇橋梁的地址的時候，一定要將它的防震性考慮到內，因此就要確保所處區域的抗震性能好，同時還要確保地面堅硬，假如它的地基不是很牢固，在地震災害出現的時候就無法保證其不受影響了。不過在工作中一定要意識到，選擇地址的時候不應該只是不選擇軟土，對于那些有可能受到影響的區域也堅決放棄。因為任何的可能都有一定的幾率會變成現實，而一旦變成現實，其帶來的負面影響將是非常嚴重的。

2.2 注意結構上的對稱

在抗震方面，對稱性的結構剛度與不等跨橋梁比對來看它的優點更多，能夠更好的應對地震問題。舉例來看，假如橋墩的高度有著較大的差距的話，那么低墩就更易于被地震影響。所以，在開展設計工作的時候，必須要盡量確保結構呈現出對稱的模式，最好不要使用那些跨度相對來講較大的類型。

2.3 注重橋梁的整體性

對于橋梁來講，它的總體性有著非常關鍵的意義，假如失去了整體性特點，就會導致結構無法發揮應有的作用，而且當地震出現的時候會導致構件沒有足夠的承受力，進而出現震落現象。因此，一定要確保上方的構造是不間斷的，而且還要借助合理的措施來切實提升它的整體性，在所有的接洽區域要做好減振工作，此舉的目的是為了切實提升項目的穩定性。同時，為了防止一些突發性的問題，在布局結構的時候盡量要確保其質量以及剛度等保持均勻。

2.4 設置多道抗震防線

要想真正的應對好地震問題，就應該在設計的時候布置很多的防線，只有這樣才可以確保橋梁能夠從多個角度應對地震產生的力，假如出現了等級較高的地震，在前面的防線破壞了以后，還有其他的能夠發揮作用。此舉能夠明顯的提升工程的安全性，能夠最大化的壁面項目發生塌陷問題。

3 橋梁抗震的設計要點

第一，體現為橋梁抗震能力：當我們開展項目建設工作的時候，要認真分析它的結構，確保其有著較高的抗震水平。具體來講，應該在結構本身的抗震力的前提之下，合理調整數據，認真分析。同時，在做好設計工作的前提之下，確保項目構件有著更強的抗震水平，與地震反映出的結合強度以及抗震設計中的變位驗算相結合，從而使橋梁結構中的行為能力得到系統化發展。第二，體現為結構剛度：在開展項目建設工作的時候，假如它的剛度是對稱存在，當地震出現的時候就可以很好的應對了，相反的假如是不對等存在，就會受到較大的沖擊。假如在項目具體進行的時候，橋墩的高度有較大的差異，就容易使得那些高度不高的墩體被地震帶來的強大的力所沖擊。

4 橋梁抗震設計的幾個方法

4.1 橋梁抗震的概念設計

抗震概念設計是指根據以往地震災害和工程抗震的經驗等獲得的基本抗震設計原則和設計思想，用以提出正確地橋梁結構總體方案、材料的選擇和細部的構造等，從而達到合理抗震的設計目的。橋梁抗震概念設計的主要任務是選擇合適的抗震結構體系。

4.2 地震響應分析方法的改變

隨著人們對地震動力和結構動力不斷了解，抗震設計的理論和地震響應的分析設計方法也發展出多種方法。從地震動的振幅、頻譜和持時三要素來看，抗震設計的動力理論不但考慮了地震動的持時，而且還考慮了地震動中反應譜不能概括的其他特性。

4.3 多階段設計方法

伴隨著地震產生機理等研究的不斷深入，加上不同的結構在不同概率的地震作用預期下的性能目標的各不相同，使得設計工作在不斷發展。橋梁工程的抗震設計也由原來的單一設防水準的一階段設計，改進為雙水準或三水準的兩階段和三階段設計方式。

5 根據性能設計

科技一直在發展，目前工作者意識到對于橋梁項目來講，我們在判定它的抗震能力的時候不應該將強度當成是一個評判要素。這主要是因為一旦經歷強震，材料就會彈塑性階段，它的這種改變會耗費一些能量，而且它的自振時間也會因此而改變。塑性階段消耗地震能量的大小和變形情況是判斷結構是否發生破壞的重要因素。基于性能的設計法，主要包括倒推分析法、能力譜法、基于位移設計法等。倒推分析法是采用一定的水平加載方式，對結構施加單調遞增的水平荷載，將結構位移推至指定位置，從而研究結構的非線性性能。能力譜法是在倒推分析法的基礎之上建立起來的，該方法將加速度-位移格式的結構能力譜與地震需求反應譜進行比較，可以直觀地判斷出結構的抗震性能?；谖灰圃O計法是將結構允許位移作為判斷指標，進而借助分析結構的強度來開展檢驗工作。

6 結束語

最近幾年，我們國家的經濟高速發展，此時各個類型的公路項目開始出現在祖國的大江南北，然而公路的存在必須依靠橋梁作為接洽點，所以橋梁項目就被人們所關注。對于橋梁工程來講，極易受到地震災害的影響，導致它的受力水平變差，進而引發很多的問題。所以作為相關的工作人員，我們當務之急要做的就是積極開展防震設計工作，切實提升項目的防震能力，確保其更好的為國家的經濟建設貢獻力量。

參考文獻

[1]石國林，梁秋玲.橋梁工程抗震設計相關問題的探討[J].民營科技，2011，04：243.

[2]周永生，安欣.探討橋梁工程抗震設計問題[J].科技傳播，2011，10：17-18.

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關鍵詞：橋梁；抗震；設計我國管理部門已經認織到上述問題。建設部已委托同濟大學士木工程防災國家重點實驗室范立礎主編新編的《城市橋梁抗展設計規范》，由北京、天津、上海等四家市政工程設計研究院參編；上海市建委抗震辦公室也委托同濟大學土木工程防展國家重點實驗室主編《上海城市橋梁抗震設計規范》。同時，交通部也著手修訂《公路工程抗震設計規范》。本文的任務是對目前各國的橋梁抗震設計規范的使用和研究現狀進行介紹和比較，探討我國橋梁抗震設計規范的修訂中的一些主要問題。1.橋梁抗震設計的基本思想結構抗震設計的基本思想和設計準則是制定規范的最重要之處，它決定了抗震設計要達到的目標、采用的設計地震動水平和地震反應的計算方法。因此這里首先介紹世界幾本主要的橋梁抗震設計規范的基本設計思想． 當前主要地震國家橋梁抗震設計規范的基本思想和設計準則是：設計地震作用基本分為兩個等級，都可歸納為功能設計地震和安全設計地震。雖然各規范使用的名詞不同，但其思想是基本一致的：功能設計地震具有較大的發生概率、安全設計地震具有很小的發生概率。在功能設計地震作用下，橋梁結構只允許發生十分輕微的破壞，不影響正常的交通，不經修復也可以繼續使用；在安全設計地震的作用下，允許橋梁結構發生較大的破壞，但不允許發生整體破壞。比較起來，我國公路工程抗震設計規范仍在使用烈度概念，關于抗震設計的指導思想對于橋梁來說過于籠統。

2.橋梁震后的損傷

橋梁下部結構的嚴重損傷是引起橋梁倒塌,且在震后難以修復使用的主要原因.

2.1橋梁墩柱的損傷 橋梁結構中普遍采用的是鋼筋混凝土墩柱,損傷的形式分為:彎曲損傷和剪切損傷.彎曲損傷是延性的,產生很大的塑性變形.剪切損傷是脆性破壞.然而橋梁墩柱的基腳損傷也是一種破壞的形式.2.1.1墩柱的彎曲損傷：橋梁墩柱的彎曲損傷非常常見,在歷次的大型地震中都不少,究其原因主要是約束箍筋配置不足,縱向鋼筋的搭接或焊接不牢等引起的墩柱的延性能力的不足.2.1.2墩柱的剪切損傷：橋梁墩柱的剪切損傷較常見,由于剪切損傷是脆性的,會造成墩柱以及上部結構的倒塌,其損傷較為嚴重.2.1.3墩柱基腳的損傷：橋梁墩柱基腳的損傷較為少見,但是一旦出現,則可能導致墩梁倒塌的嚴重后果.213國道白花鎮百花大橋墩柱基腳的損傷，顯然,墩底主筋的構造處理不當,箍筋的數量不足,導致基腳損害.可見,保證墩柱和下部基礎的整體作用是相當的關鍵。2.2框架墩的損傷?？蚣芏盏膿p傷主要出現在城市高架橋中,其損傷主要表現為:蓋梁的損傷,墩柱的損傷和節點的損梁的損傷形式主要有:剪切損傷、彎曲損傷以及蓋梁鋼筋的錨固長度不夠而引起的損傷.節點的損傷主要是剪切損傷。2.3橋臺的損傷。橋臺處發生失效的類型,不同橋梁各有不同.基本類型變化很大(擴大基礎、樁基、豎井),而且土的性質也很重要的.尤其在地震期間如果沙土被液化,則更為重要.由于后墻、翼墻、基礎和樁與周圍土的相互作用,使所在位置更加復雜.大多數支座式橋臺中,縱向位移不受限制,因為上部結構和橋臺背墻的接觸面處,有接縫.這種構造是有吸引力的.

3. 急需改進的橋梁設計規范管理

這里，通過兩個工程中遇到的實際問題來解釋一下這個命題的重要性和緊迫性。

廣州九江橋梁倒塌之時，針對這個事故，看到了一些內容，美國橋梁界說：“美國規范是完全不一樣的，只要船能撞到的地方，橋梁設計時都要考慮，都要有相應的防撞保護措施。晚上過橋的行船是很容易撞上橋墩的。”這顯然是引起九江橋被撞倒塌的主要外因。當然，僅從九江橋倒塌的實際相片，也不難分析出我們的設計和規范其它方面可能的不足。

我國橋梁界發展最快的橋梁結構形式是斜拉橋，在我國，斜拉橋上拉索的應用上有這樣一個不成文的行規和事實：斜拉索過幾年就需考慮換索，少則3~4年，多則十幾年；減少拉索振動的阻尼器，在采購時也僅考慮3~4年的壽命，許多人形成了思維定勢――“換索時和索一起換置”“沒必要做這么好”。美國生產和安裝斜拉索的DSI公司，美國的拉索設計和制造安裝要求和橋梁同壽命，至少要考慮75年的安全使用。在DSI公司為美國橋梁工程提供斜拉索的28年中，僅最初使用斜拉索的極個別橋梁，因當時的拉索保護技術還不成熟，考慮了更換問題，而其它均無換索必要。最近也了解了一下國內的情況，相關一些部門有意對國內的拉索的使用壽命提出30年的要求。

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關鍵詞：橋梁抗震；靜力法；彈性反應譜法；時程分析法；虛擬激勵法

中圖分類號：TU文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2009）01-0391-02

1 靜力法

早期結構抗震計算采用的是靜力理論，1900年日本大房森吉提出靜力法的概念，它假設結構物各個部分與地震動具有相同的振動。此時，結構物上只作用著地面運動加速度乘以結構物質量所產生的慣性力。即忽略地面運動特性與結構的動力特性因素，簡單地把結構在地震時的動力反應看作是靜止的地震慣性力（作為地震荷載）作用下結構的內力分析。1915年，佐野提出震度法，即根據靜力法的概念提出以結構的10%的重量作為水平地震荷載，于1923年關東大地震后的次年建立了最早的橋梁下部結構工程的抗震分析方法。從動力學的角度分析，把地震加速度看作是結構破壞的單一因素有極大的局限性，因為它忽略了結構的動力特性這一重要因素。只有當結構物的基本固有周期比地面卓越周期小很多時，結構物在地震振動時才可能幾乎不產生變形而被當作剛體，靜力法才能成立。由于其理論上的局限性，現在已較少使用，但因為它概念簡單，計算公式簡明扼要，在橋臺和擋土結構等質量較大的剛性結構的抗震計算中仍常常用到。

2 彈性反應譜法

應用反應譜法進行抗震設計，最關心的是地震力的最大值。對于單質點體系最大地震力的計算式為：

P=m|δ¨g+y¨|max=kH•β•W

式中：KH――水平地震系數；

β――動力放大系數；

W――體系的總重量；

水平地震系數的取值根據抗震設防的烈度水準選用。對于一特定的地震波其加速度反應譜是不規則的，而且一個反應譜總相應于一定的體系阻尼比，實際上我們所使用的規范反應譜，是在輸入大量的地震加速度記錄后所繪制的很多反應譜曲線經過處理后得到的平均反應譜，平均反應譜在《公路工程抗震設計規范》（004-89）即是動力放大系數β。所以，結構的地震反應，是以卓越周期為主要成分的

地震波激勵下的結構的強迫振動。由此即反映出具有不同特征周期的不同場地土對應的反應譜，《公路工程抗震設計規范》（004-89）根據場地土的分類分別規定了5%阻尼比的不同的反應譜曲線。對于多質點體系，其振動方程可用下式表達：

［M］{δ¨}+［C］δ•+［K］{δ}=-［M］{I}δ¨g（t）

式中： ［M］――多質點體系的質量矩陣；

［C］――多質點體系的阻尼矩陣；

［K］――多質點體系的剛度矩陣。

上述振動方程一般通過轉換到正則坐標和振型坐標用非耦合或正交振型反應疊加求解，將多質點體系分解為多個獨立的廣義單質點體系，廣義單質點體系的最大反應可由反應譜曲線查出。由于地震地面運動更容易激起最低振型而不是較高振型的反應，因此僅僅需要幾個振型疊加就能得到近似的而又很好的橋梁地震反應情況，尤其對于大量的少自由度橋梁體系更是如此。一般情況下，廣義單質點體系的最大反應不同時發生，因此需要將它們組合起來；同時每個振型對地震反應的貢獻也是不同的，每個振型的參與情況可以通過振型參與系數得到，

如下式所示

Pi={φ}i［M］{I}{φ}i［M］{φ}i

振型組合方法是反應譜理論的另一重要問題，是影響橋梁地震反應預測精度的關鍵因素。目前各國抗震規范采用的組合方法主要是基于平穩隨機振動理論的SRSS，CQC等一致激勵振型組合方法。最普遍的SRSS法，對于頻率分離較好的平面結構的抗震計算有良好的精度，為大多數國家的抗震設計規范所采用，如我國現行部規JTJ004-89，美國的AASHTO規范，歐洲的Eurocode8規范。該方法對于中小橋梁的地震反應計算有較高精度，但對于頻率密集的空間結構由于忽略了各振型間的耦合影響，通常會過高或過低地估計結構的地震反應。CQC法是80年代初W ilson等人基于隨機過程導出的比例阻尼線性多自由度體系振型組合規則。較好地考慮了密集頻率時的振型相關性，克服了SRSS法的不足。

3 時程分析法

時程分析可以進行有線彈性材料行為、非線性材料滯回特征、幾何非線性效應的模型分析。但是，除了二維或三維空間坐標，必須考慮一個附加的時間坐標。

對橋梁模型進行地震時程分析，有三種可用的分析方法：①時域內的逐步積分，②時域內的標準振型時程的疊加；③頻域反應的計算變換到時域內疊加。因為對于一個特定的地震地面運動，線彈性時程反應分析得到的設計信息總量很少，因此方法②和③在總體形式上因依賴于疊加原理而受到限制。進行時程分析可以得到數值上較為精確的分析結果，但是存在著在一些參數難以確定的問題，因而本質仍然比較模糊。其他問題如：輸入地震動；簡化結構分析模型是否與實際相符；結構-基礎-土相互作用問題；結構構件的非線性動力特性和屈服后的行為；數值積分的精度及穩定性等都有待于解決時程分析不僅計算量大，建立模型復雜，而且對分析結果的整理要求也很高，結果的準確性很大程度上取決于輸入的地面運動的情況。其主要缺點是計算結果過渡依賴于所選取的加速度時程曲線，離散性很大.為得到較可靠的計算結果常要計算許多時程樣本，并加以統計評論，為此需要進行大量的計算.實際上只對特別重要的大跨度結構才使用該法

4 Push-over法

Push-over分析方法是將地震荷載等效成側向荷載，通過對結構施加單調遞增水平荷載來進行分析的一種非線性靜力分析方法，它研究結構在地震作用下進入塑性狀態時的非線性性能。采用對結構施加呈一定分布的單調遞增水平力的加載方式，用二維或偽三維力學模型代替原結構，按預先確定的水平荷載加載方式將結構“推”至一個給定的目標位移，來分析其進入非線性狀態的反應，從而得到結構及構件的變形能力是否滿足設計及使用功能的要求.盡管這一方法還有待進一步完善，但它基本可以滿足工程要求。對于橋梁結構來說，Push－over分析方法通常將相鄰伸縮縫之間的橋梁結構當做空間獨立框架考慮，上部結構通常假定為剛性，分析的初始階段是對單獨的排架墩在所考慮的方向上（順橋向或橫橋向）進行獨立的倒塌分析，以獲得構件在單調遞增水平荷載作用下的整個破壞過程和變形特征，從而發現橋梁結構的薄弱環節。Push-over方法作為一種非線性靜力方法，其計算過程簡便易于操作，結果可以以圖形方式示出，能夠計算結構從線彈性、屈服一直到極限倒塌狀態的內力、變形、塑性鉸位置及轉角，找出結構的薄弱部位。

Push-over方法由于其近似假定的存在及對支承條件的考慮等因素，影響了更大范圍的推廣應用，上述問題仍有待進一步研究。盡管Push-over方法還有待完善，但是它對抗震分析的作用不可低估。Push-over方法可以比較準確地給出構件的屈服順序、承載的薄弱部位和可能發生的破壞形式等重要的信息，這些對抗震

分析來說十分重要。更重要的是，Push-over方法可作為基于可靠度和功能的結構抗震設計的工具。從長遠來看，我國規范中勢必引入基于功能的抗震設計要求，因此，工程上需要簡便而又有一定精度的地震響應分析方法。對于特定類型的結構，可以選擇不同的設計方案，用Push-over方法得到結構失效時能抵抗的最大的水平荷載以及相應的內力和變形狀態。這些結果可以方便地用于可靠度指標的計算中。Push-over方法以其方便、快捷、計算較準確、能反映抗震能力與需求的特點，在今后抗震設計方法的發展中有著較大的發展空間。

5 虛擬激勵法

隨機振動是一門應用概率統計方法研究隨機荷載作用下結構動力性態的技術學科.上世紀50年代末，由于航天工程的推動，在工程振動的研究中引入了概率和數理統計理論，極大的推動了對隨機振動的研究.隨機振動描述了客觀存在的不確定性，在土木、機械、航空和航海等工程領域得到了廣泛應用隨機振動方法較充分地考慮了地震發生的統計特性，被廣泛認為是一種較為先進合理的抗震分析工具.已被1995年頒布的歐洲橋梁規范采用.大連理工大學建立的虛擬激勵法作為一種新的隨機振動分析方法，已對被認為很困難的多點非均勻隨機激勵問題給出精確高效的計算方法，在普通微機上已可快速而精確地計算有數千自由度、幾十個地面支座的大跨度多點地震激勵問題，達到了實用要求。

虛擬激勵法的基本原理

虛擬激勵法的基本原理可用圖1的單源激勵問題予以闡述.

Sxx（ω）為一個零值平穩隨機激勵x（t）的自功率譜密度；H（ω）為結構頻率響應函數，則任意輸出響應量y（t）也為平穩隨機過程，其功率譜密度如圖1（a）右端.當線性系統作用單位簡諧激勵eiωt時，相應的響應為H•eiωt，如圖1（b）.顯然，當作用為簡諧激勵時~x= Sxxeiωt，其相應的響應必為~y= SyyHeiωt，如圖1（c）.將帶“~”的量稱為虛擬量.考慮簡諧激勵~x= Sxxeiωt作用于該線性系統，容易證明響應量~y和自譜密度函數Syy有如下關系式

~y*~y =|~y |2=|H |2Sxx（ω） =Syy（ω） （1）

同樣，容易證明互譜密度函數Sxy、Syx同激勵x和響應y之間有如下等式成立

~x*~y = Sxx（ω）e-iωt•Sxx（ω）Heiωt=Sxx（ω）H =Sxy（ω） （2）

~y*~x = Sxx（ω）H*e-iωt•Sxx（ω）eiωt=H*Sxx（ω）=Syx（ω） （3）

在上述虛擬簡諧激勵~x = Sxx（ω）eiωt作用下，考慮兩個響應量~y1、~y2，其相應的頻率響應函數分別為H1和H2，如圖1（d），則有

~y1*~y2= Sxx（ω）H1*e-iωt•Sxx（ω）H2eiωt=H*1Sxx（ω）H2=Sy1y2（ω）

~y2*~y1= Sxx（ω）H2*e-iωt•Sxx（ω）H1eiωt=H*2Sxx（ω）H1=Sy2y1（ω） （4）

由式（2） ~（4）可以看出，通過引入虛擬激勵~x= Sxxeiωt可以很方便地通過簡諧振動分析計算結構隨機響應的功率譜.以上通過對單源激勵問題的說明對隨機振動虛擬激勵的基本原理進行了簡要的介紹.

參考文獻

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關鍵詞：橋梁工程 Midas有限元 抗震性能 結構分析

中圖分類號：TU997文獻標識碼： A

實際工程中，橋梁震害以下部結構最為嚴重。根據以往橋梁震害類型分析，地震引起的破壞形式主要是下部結構尤其是橋墩的破壞。橋梁下部結構地震破壞形式有以下幾種：

（1）彎曲破壞：受地震力作用，受拉鋼筋屈服，混凝土保護層脫落，導致塑性鉸范圍擴大，鋼筋壓屈以致內部混凝土壓碎、迸裂。

（2）剪切破壞:受地震力作用，橋墩產生水平彎曲裂縫，繼而產生斜向剪切裂縫，箍筋屈服，剪切裂縫增長，產生脆性剪切破壞。

（3）落梁：由于橋梁下部結構地震動位移過大，引起的橋梁上部結構墜落。資料表明，順橋向落梁情形遠多于橫橋向，它約占全部落梁總數的80%-90%。順橋向落梁時，梁端撞擊橋墩側壁，這種沖擊作用對下部結構會造成很大影響，因為落梁的能量比梁在墩頂發生振動時的能量具有壓倒性優勢。

（4）支座破壞：傳遞的上部結構慣性力超過支座的設計強度，橋梁支座是橋梁抗震的薄弱部位，震害極為普遍，破壞的主要形式為支座錨固螺栓拔出剪斷，活動支座脫落及支座本身構造上的破壞

本文針對以上這些震害，以反應譜理論為基礎，結合抗震細則，利用Midas大型有限元程序，對常規橋梁橋墩進行彈性和彈塑性分析計算。

1 抗震細則的修訂

公路工程抗震設計規范(JTJ 004-89) 是單一水準強度抗震設計，僅僅使用烈度來描述地震作用強度，很多方面的規定過于籠統、模糊。例如，通過引入綜合影響系數來折減地震力后采用彈性抗震設計，其隱含的意思是允許結構進入塑性，對結構的延性性能有相應的要求，但在設計上又沒有進行必要的延性抗震設計，其延性能力能否滿足要求是不確定的，這也是原規范存在的一個較大缺陷。

修訂后的《公路橋梁抗震設計細則》修訂了相應的設防標準和設防目標，采用了兩水平設防、兩階段設計的抗震設計思想，由單一的強度抗震設計修改為強度和變形雙重指標控制的抗震設計。并且，在構造方面，增加了橋梁延性抗震設計和能力保護原則的有關規定，增加了延性構造細節設計的有關規定。

2 工程實例

某城市高架橋設計為雙向六車道Ⅰ級主干路，主線橋面總寬32.5m，雙向8車道。橋梁設計荷載公路I級，地震基本烈度為VIII度，設計地震動加速度為0.2g，場地類別為II類，特征周期為0.4s。利用Midas建立結構的三維空間動力有限元分析模型,并考慮相鄰聯的影響和樁基礎等因素的影響，正確反映結構的特點以及支座連接特點等耦合影響。

根據抗震細則，橋梁抗震性能研究必須要有明確的抗震性能目標，以便對結構進行合理的抗震檢算。本橋采用兩水平設防、兩階段設計的抗震思想?？拐鹪O防水準為兩級地震水準：第一水準相當于設計地震，對應于重現期約100年；第二水準相當于罕遇地震，對應重現期地震約2000年（100年5%）。依據《公路橋梁抗震設計細則》規定并綜合考慮工程造價、結構遭遇的地震作用水平、緊急情況下維持應急交通能力的必要性和避免倒塌以及結構的耐久性和修復費用等因素，與這兩級設防地震相應的抗震性能目標建議如表1所列。

設防水準 性能目標

E1地震作用 在該水準地震作用下，結構在基本彈性范圍內工作，基本不損傷或輕微損傷；

E2地震作用 在該水準地震作用下，墩柱可發生損傷，產生彈塑性變形，但墩柱的塑性鉸區域應具有足夠的塑性變形能力。蓋梁、主梁基本不發生損傷，樁基礎滿足極限狀態要求。

表1

3 抗震分析

場地水平向設計反應譜的函數表達式，根據《公路橋梁抗震設計細則》（JTG/T B02-01-2008）給出，表達式如下：

參照抗震設防標準、抗震性能目標以及場地資料，根據《公路橋梁抗震設計細則》，確定如下圖1所示的對應兩水準的水平向設計加速度反應譜。

圖1工程場址地表水平向設計加速度反應譜

根據設計圖紙建立結構動力分析模型，對應的邊界約束條件和計算的結構動力特性，采用反應譜法，取5％阻尼比反應譜，分別對50年超越概率10％（簡稱E1）和100年超越概率5%（簡稱E2）兩種概率水準地震作用下的結構響應進行計算分析，地震輸入方向為橫橋向與縱橋向，采用Midas提供的Ritz法取前500階進行反應譜分析計算，其中振型組合采用CQC法。選取36#橋墩為研究對象，得到如下結果（僅考慮橫橋向地震力作用下墩底地震響應）：

（1）各墩墩底地震響應

各橋墩墩底對應不同超越概率水準地震作用的地震響應見表2至3所示。

表2 墩底截面的內力最大值（E1橫橋向輸入）

截面位置（墩底） 動軸力 P（kN） 剪力 （kN） 扭矩 T（kN.m） 彎矩 (kN.m)

縱向 橫向 橫向 縱向

P36#墩 左側 3067.673 69.786 1738.558 644.523 13247.758 484.048

右側 3042.841 69.760 2326.226 182.019 14744.726 491.435

表3墩底截面的內力最大值（E2橫橋向輸入）

截面位置（墩底） 動軸力 P（kN） 剪力 （kN） 扭矩 T（kN.m） 彎矩 (kN.m)

縱向 橫向 橫向 縱向

P36#墩 左側 9273.98 209.82 5258.69 1935.52 40068.13 1452.96

右側 9197.03 209.75 7036.24 547.49 44596.09 1477.00

由此對比設計配筋，E1作用下配筋滿足要求，E2作用下配筋不滿足要求，需進行E2作用下的彈塑性位移計算。

（2）E2作用下的彈塑性位移計算

應用纖維單元進行墩柱M-φ 曲線計算，計算結果見圖2。

從截面應力狀態發展過程錄像可以看出第136 步為規范中的受拉鋼筋首次屈服特征點(φy’, My’) , My’= 12230KNm, φy’=0.001723 rad/ m。

可以求出混凝土開裂后用于全橋模型的塑性變形計算的墩柱等效剛度:

EIeff= My’/φy’= 12230/ 0.001723= 7098084.7 kN m2。

查抗震細則附錄B 可依次求得φy, φu 以及體積配箍率ρs 等, 最后求出塑性鉸長度Lp , 從而得到變形控制值 u。

由于水平地震力全部由中墩承擔, 對于該橋可以按材料力學公式直接求得:

б= S /gxGxH 3/(3EIeff) =24.22cm

4 分析結論

通過在E1和E2兩個水準地震反應譜分析和校核結果的結論如下：

橋墩墩身在E1水準地震作用下基本滿足預期的抗震性能要求；但是在E2水準地震作用下，橋墩墩頂位移滿足規范要求，但橋墩墩底彎矩需求大于墩身能力。因此在E2水準下應當進行減隔震設計。且為防止該橋結構在遭遇強震作用時，發生落梁等震害，應設置防落梁裝置。

本設計采用拉索減隔震支座進行減隔震設計，支座自由程選取為0.07m，支座的布置方式采用在每聯的過渡墩上設置拉索減隔震支座。在E2地震作用下,固定支座（設在每聯的正中間墩上）的剪力銷按照設計要求發生剪斷,成為滑動支座。

5 結語

相對于原89《規范》, 新《公路橋梁抗震設計細則》在適用范圍、設防目標和設防標準、設計和分析方法等方面均作了大量修訂和改進, 特別是在設計理念和方法上有重大改進, 采用了2水平設防、2階段設計的抗震設計思想, 引入了先進的延性抗震設計方法和能力保護設計原則, 實現了和國際先進水平的接軌。本文分別從橋梁抗震設防標準、橋梁延性抗震設計和減隔震設計等幾個主要方面進行了簡單地論述,希望對抗震設計能有所借鑒。

參考文獻:

[1] JTJ004-89, 公路工程抗震設計規范[S] .

篇6

關鍵詞：橋梁基礎抗震設計日本規范

一、引言

近十年來，世界相繼發生了多次重大地震，1989年美國LomaPrieta地震（M7.0）、1994年美國Northridge地震（M6.7)、1995年日本阪神地震（M7.2）、1999年土耳其伊比米特地震（M7.4）、1999年臺灣集集地震（M7.6）等等。因此，專家們預測全球已進入一個新的地震活躍期。隨著現代化城市人口的大量聚集和經濟的高速發展，地震造成的損失越來越大。地震災害不僅是大量地面構筑物和各種設施的破壞和倒塌，而且次生災害中因交通及其他設施的毀壞造成的間接經濟損失也十分巨大。以1995年日本版神地震為例，地震造成大量高速公路及高速鐵路橋隧的毀壞，經濟總損失高達1000億美元。

近幾次大地震造成的大量橋梁的破壞給了全世界橋梁抗震工作者慘痛的經驗教訓。各國研究機構紛紛重新對本國橋梁抗震規范進行反思，并進行了一系列的修訂工作。日本1995年阪神地震后，對結構抗震的基本問題重新進行了大量的研究，并十分重視減振、耗能技術在結構抗震設計中的應用。橋梁、道路方面的抗震設計規范已經重新編寫，并于1996年頒布實施。美國也相繼在聯邦公路局（FHWA）和加州交通部（CALTRANS）等的資助下開展了一系列的與橋梁抗震設計規范修訂有關的研究工作，已經完成了ATC－18，ATC－32T和ATC-40等研究報告和技術指南。與舊規范相比，新規范或指南無論在設計思想，設計手法、設計程序和構造細節上都有很大的變化和深入。

中國現行《公路工程抗震設計規范》（JTJ004－89）在80年代中期開始修訂，于1989年正式發行。隨著中國如年代經濟起飛，交通事業迅猛發展，特別是高速公路興建、跨越大江，大河的大跨橋梁、大型立交工程以及城市中大量高架橋的興建，規范已大大不能適應。但是目前所有國內的橋梁設計，對抗震設計均在設計書上標明的參照規范即是《公路工程抗震設計規范》和《鐵道工程抗震設計規范》。與國外如日本、美國的同類規范相比，中國現行《公路工程抗震設計規范》水準遠落后于國外同類規范。若不進行改進，則必將給中國不少橋梁工程留下地震隱患。

本文主要介紹了各國橋梁抗震設計規范中基礎部分的抗震設計。基礎部分對全橋的地震響應以及墩柱力的分布均有非常重要的影響?；A設計不當會導致橋梁墩柱在地震中發生剪斷、變形過大不能使用等等，有時甚至是樁在根部直接剪斷破壞。基礎設計需要考慮的方面除了基礎形式的選擇以外還包括抗彎強度、抗剪強度樁基礎連接部分的細部構造、錨固構造等方面。本文首先對中、美、日、歐洲、新西蘭五國或地區抗震設計規范中有關基礎的部分進行了一般性的比較。筆者認為，相對而言中國的規范在基礎抗震設計方面較為粗糙、可操作性不強。而日本規范在這方面作的最為細致，技術也較為先進。因此，在隨后的部分中詳細介紹了日本抗震規范的基礎設計方法。

二、主要國家橋梁抗震規范基礎抗震設計的概況

本文將中國橋梁抗震規范與世界上的幾種主要抗震規范（美國的AASHTO規范、Cal－tans規范、ATC32美國應用技術協會建議規范，新西蘭規范NZ，歐洲規范EC8，日本規范JAPAN）進行基礎抗震設計方面的比較。

中國橋梁抗震設計規范有關基礎設計的部分十分籠統，只以若干定性的條款，從工程選址方面加以考慮，而對基礎本身的抗震設計，特別是對于樁基礎等輕型基礎抗震設計重視不夠。這方面，日本的橋梁抗震設計規范和準則規定得比較詳細，是我們應當學亂之處?；谮嫔竦卣鸬慕涷?，地震后橋梁上部結構的修復和重建都比下部基礎經濟和省時、省力，因此橋梁基礎的抗震能力的要求應比橋墩高。

三、日本橋粱基礎抗震設計方法細節

1.按流程，先用震度法設計。震度法基本概念是把設計水平震度

Kh乘以結構Kh的計算方法如下：

其中Cz--地區調節系數；

Kh0--設計水平震度的標準值。

其中，δ是把抗震設計所確定的地基面以上的下部結構質量的80％或100％和該下部結構所支承的上部結構質量的100％之和作為外力施加到結構上在上部結構慣性力作用點位置發生的位移。

2．用震度法設計以后，如果基礎結構是橋臺基礎或者橋墩的擴大基礎，不需要用地震時保有水平耐力法設計。這是因為設計橋臺基礎時，地震時動力壓力的影響非常大，此外結構背面存在的主體也使結構不容易發生振劾。而對于擴大基礎來說一般地基條件非常好，因此，地震時基礎某些部位轉動而產生非線變形可以消耗許多地震能量。

3．用地震時保有水平耐力法設計時，首先要判斷基礎水平耐力有沒有超過橋墩的極限水平耐力。這是因為地震時保有水平耐力法的基本概念是盡量使地震時在橋墩而不是在基礎出現的塑性鉸。如果在基礎出現塑性鉸，發生損傷后，修復很困難。所以，我們要把基礎的行為控制在屈服范圍內。

如果基礎水平耐力小于橋墩的極限水平耐力，則要判斷橋墩在垂直于橋軸方向的抗震能力是不是足夠大（按式（3))。因為如果橋墩在垂直于橋軸方向具有足夠大的抗震能力（例如壁式橋墩），而且基礎的塑性反應在容許范圍以內，則基礎的非線能吸收大量的振動能量并且基礎仍然是安全的。

橋墩的極限水平耐力Pu≥1.5KheW（3）

Khco--設計水平震度的標準值；

Cz--地區調節系數；

μa--容許塑性率；

W－一等價質量（W=Wu十CpWp）；

Wu--振動單位的上部結構質量；

Wp--振動單位的橋墩質量；

Cp--等價質量系數（剪斷破壞時1.0，剪斷破壞以外是0.5）。

4．橋墩的極限水平耐力滿足Pu≥1.5KheW時，對基礎塑性率進行對照檢查。雖然基礎的非線行為能吸收大量振動能量，但是對于有的基礎部件來說，可能會遭受過大的損傷。所以要控制基礎的反應塑性率，按如下要求：

μFR≤μFL（4）

式中μFR--基礎反應塑性率；

μFL--基礎反應塑性率的限度。

5．發生液化時，要降低土質系數。隨后的計算（對照和檢查）同上述方法基本一致。

6．在地震時保有水平耐力法的流程中，最后是對基礎水平位移、轉角的對照和檢查。要求是基礎最大水平位移為40cm左右，基礎最大容許轉角為0.025rad左右。

篇7

關鍵詞：公路橋梁施工建設抗震技術

中圖分類號：X734 文獻標識碼：A 文章編號：

前言

地震是我國的常見高危自然災害之一，我國地處于環太平洋地震帶和亞歐地震帶這世界兩大地震帶的交界處，我國在世界上也可算是地震高發的國家。過去幾年里我國因地震災害造成了人員傷亡和經濟損失無可估計，汶川地震、玉樹地震以及前不久發生的四川雅安地震都給我國的經濟建設、人民生產生活、生命財產造成了無可估量的損失。因地震帶來的社會問題、經濟問題、精神問題等也長期困擾著我國的方方面面。雖然我國抗震救災力度在不斷加強，我國千千萬萬的領導與群眾在地震救援工作中進一步拉近了彼此心靈的距離，但是地震對于我們的正常生產生活來說仍然是一個揮之不去的陰影，我國正在不斷加強建筑施工對地震抵御能力的提升研究，公路橋梁項目建設作為我國交通事業的重要推動力也應該將抗震減災作為施工技術研究的重要課題，加強工作力度與創新能力提升，最大限度減輕地震災害中的各種損失，真正為人民和國家筑起保衛的屏障。

一、公路橋梁發生嚴重震害的原因分析

想要切實尋找到公路橋梁建設設計過程中避震抗震方法和措施，就必須首先對當前我國公路橋梁容易遭受震害的原因進行認真嚴肅的分析，尋找到公路橋梁易遭受震害的原因及災害的主要表現形式。從世界各國公路橋梁遭受震害的大概統計來看，震害的表現形式及原因主要有以下幾個方面。

首先，在地震來襲的時候，橋梁的地震位移為給上部活動節點的活動空間造成非常嚴重的擠壓作用，而我國許多公路橋梁尤其是梁式橋梁在蓋梁設置中往往會出現未能充分考慮地震影響而未作過多設置的情況，這就讓梁式橋梁在遭受地震侵襲時會因為上部活動節點的空間不足而引起落梁或者梁體之間的相互碰撞，從而遭到破壞。對于拱式橋梁而言，地震所引發的破壞主要表現在引起拱上建筑、腹拱以及拱頂與拱腳部分的破損斷裂甚至隆起變形。

其次，地震發生之后，橋梁地基會出現大面積的嚴重液化，地基液化與地面位移的雙重作用加劇了整個橋梁結構的變形錯位，從而極大的增加了地震中落梁危險的發生幾率。

再次，公路橋梁在支座抗震設計過程中往往會因為歷史往期當地未發生過地震而對支座的抗震設計考慮不足，從而在地震來襲之時讓支座發生了超乎預料的大位移以及嚴重變形，從而引起支座的構造破壞，進而引發橋梁其他部分的結構受損，造成連鎖破壞效應。

再次，橋梁下部的結構抗力在橋梁施工設計階段對地震危害的考慮不足也會讓橋梁在地震過程中出現下部結構因抗力不足而出現嚴重開裂、劇烈變形以及作用失效，從而引發整座橋梁的坍塌破壞危險。

二、公路橋梁抗震設計的要點分析

為了最大限度減輕地震對公路橋梁的破壞作用，在地震區進行橋梁建設的過程中，應該遵循一些基本的設計原則來進行設計。

（一）努力減輕橋梁自身結構重量

地震對橋梁的危害加劇，很大程度上是來自于地震力與橋梁結構之間的力量對抗，所以要最大限度減輕橋梁自身的結構重量，并努力降低橋梁自身重心，從而實現提升橋梁面對地震時的自身內力與穩定性。而且要在設計中努力做到讓橋梁的質量中心與剛度重心最大限度的重合，從而減少地震災害中橋梁因地震扭轉引力而遭受的地震附加作用力等等。具體而言，有幾下幾個方面。

（二）加強對橋梁結構剛度對稱的設計

根據物理學原理來看，結構的剛度對稱性越強，其因地震而遭受震害破壞的可能性就越小。如果是一座橋梁內墩的身高差過大的橋梁，當發生地震時，較矮的橋墩就會因地震而產生非常強大的地震水平力，從而嚴重危害到整座橋梁的穩定性。而對于具有大跨徑的橋梁而言，跨徑過大的橋孔部分的橋墩也會產生較大的地震力。所以在橋梁結構設計過程中，就要努力避免在地震高發區或潛在危險區域采用這種類型的橋梁結構設計，若果因為實際需要而無法避免的話，也要加強橋墩的消能手段，降低橋墩的自身剛度，或者進行抗震支座的設計。

（三）加強抗震性分析

抗震性分析是橋梁建筑設計工作中的第一步，要對所有普遍采用的結構設計形式進行全面深入的抗震性能分析研究，嚴格不免不適宜地震區的橋梁結構和設計方案出現，同時還在適應地震區的橋梁的原有結構基礎之上，加強抗震性能的改造與提升。而且在抗震性能的研究工作中也要擺脫被動抵御地震作用力、專注強度運算及變位運算的僵化思想，更要從橋梁總體結構的設計角度出發，提高整個結構的抗震等級，全方位提升橋梁的抗震能力。

三、加強公路橋梁抗震設計的思考

（一）加強設計理念學習

公路橋梁的設計結構是否合理與成功是橋梁抗震設計是否成功的關鍵。盡可能采用合理的設計能夠大大減輕地震災害對橋梁所造成的破壞程度。在設計過程中，應該關注的是兩個方面，一個是橋梁抗震的概念設計，另一個是橋梁抗震構造方面的細節設計。但是這兩個方面其實與具體的抗震計算工作關系不大，目前許多抗震設計工作往往將關注重點都放在了如何計算上面，但我們應該明確一點，計算只是抗震設計工作中的輔助手段之一，其作用只是在于驗證設計概念與設計細節是否存在不合理的地方，所以作為抗震設計的橋梁設計師而言，應該將更多的關注點放在如何深入認識抗震概念和相關原理。

（二）加強結構分析

公路橋梁從構造上來說，種類繁多，結構形式也多種多樣，而作為設計師應該首先對各類構造有一個深入了解，如橋梁形狀、橋梁的上部結構、橋梁的下部結構、橋梁墩臺以及橋梁基礎結構等等，要明確哪些構造有利于抗震，而哪些構造是絕對不能夠出現在地震區的橋梁結構設計當中。這樣就能夠首先尋找到正確的設計出發點，而不會在不適宜的結構上面白費功夫。

（三）強化構造細節的抗震

除了要對總體構造進行分析設計之外，構造細節的有效把握也是提升橋梁抗震能力的關鍵。正所謂細節決定成敗。所以必須加強構造細節的抗震設計。比如對于橋梁支座的選擇、橋梁擋塊的有效設置等等，同時還要加強對細節的抗震輔助施工，如對橋墩部位的箍筋有效配置，對節點的配筋構造研究等等。

參考文獻

[1]趙國輝,劉健新.汶川地震橋梁震定分析及抗震設計啟示[J].震災防御技術,2008,3（4）：363-369.

篇8

（一）支座破壞，是指上部結構所產生的地震慣性力通過支座構件傳遞到下部結構，當傳遞的荷載強度超出支座構件的設計強度值時，支座發生破壞的現象。對于橋梁的下部結構，支座的破壞消解了大部分的地震力，避免了地震力傳遞至墩臺結構，避免了橋梁下部主體結構的損害程度，但同時支座的破壞可能會引起落梁等進一步的橋梁震害，

（二）落梁破壞，是指橋梁的梁板構件在地震時發生的水平位移超出梁板端部的支撐長度時發生梁體掉落的現象。落梁現象發生地震時在橋墩之間相對位移過大、支座喪失約束能力、梁的有效支撐長度不足、梁間碰撞劇烈等情況下。

二、橋梁抗震設計的基本原則

要達到合理抗震的設計目標要求，橋梁設計工程師需要深入的了解影響結構對地震反應的基本因素，并擁有豐富的工程經驗，在符合現行規范的前提之下充分發揮主觀的創造能力?；谀壳暗墓こ汤碚撝R和歷次橋梁地震災害的經驗教訓，橋梁工程的抗震設計要遵循一些基本的設計原則。

（一）工程建設場地的選擇橋梁工程的建設場地盡量選擇地質情況穩定的地方，盡量選擇土質堅硬的區域，避免地震時可能發生的松軟場地的地基失效現象。

（二）結構體系的整體性和規則性橋梁結構較好整體性可以有效的防止橋梁構件在地震發生時的掉落，并能是結構發揮良好的空間作用，因此盡量采用連續的橋梁上部結構以保證橋梁的整體性。除此之外，橋梁結構的布置還要做到尺寸、剛度和質量的均勻、規整及對稱，避免突然的變化引起地震力的集中。

（三）結構及構件的強度和延性的提高地震時橋梁結構的破壞源自于地震引起的橋梁結構的震動，在橋梁抗震的設計中除了要盡量減少地震力從地基傳遞至橋梁結構，還要使橋梁結構本身具備足夠的強度和延性，來抵抗非預期破壞的發生。在現有技術條件下，在盡量不增加結構自身重力和不改變結構剛度的前提之下，提高橋梁結構的強度與延性兩種方式是提高橋梁結構抗震能力的有效途徑。結構的剛度、強度與延性是保證結構整體抗震能力的三個主要參數要素，剛度可以有效的控制結構變形，而延性可以有效的控制強度與剛度在反復地震力作用下的衰退現象。

（四）能力設計的原則能力設計思想強調強度安全度差異，即在不同構件，如延性構件和能力保護構件，和不同破壞模式，如延性破壞和脆性破壞模式之間建立各自不同的強度和安全度。通過強度與安全度的差異化，確保橋梁結構在地震的作用下以延性形式進行反應，避免發生脆性的破壞模式。類似于建筑抗震設計中的強柱弱梁，強剪弱彎和強節點弱構件的抗震設計思想

（五）設置多道抗震防線采用冗余設計的思想，盡量使橋梁結構具備多道抵抗地震力的防護體系，以便在第一道抗震防線發生破壞后，有備用的第二道防線用于支撐橋梁結構的抗震需求，避免發生嚴重的橋梁損壞。例如在同時設置抗震錨栓與抗震擋塊，可以有效的防止地震時落梁的發生。

三、橋梁抗震設計的幾個方法

（一）橋梁抗震的概念設計抗震概念設計是指根據以往地震災害和工程抗震的經驗等獲得的基本抗震設計原則和設計思想，用以提出正確地橋梁結構總體方案、材料的選擇和細部的構造等，從而達到合理抗震的設計目的。合理抗震設計即要求設計出來的結構，在強度、剛度和延性等指標上擁有最佳的指標組合，使結構實現經濟性和抗震設防的雙重目標。橋梁抗震概念設計的主要任務是選擇合適的抗震結構體系，一般是根據橋梁結構抗震設計的規范要求進行。對于采用延性抗震概念設計的橋梁，還包括延性類型選擇和塑性耗能機制選擇。橋梁抗震的概念設計十分重要，其為抗震設計的數值計算創造了有利條件，使計算分析結果能更好的反映地震時結構反應的真實情況。

（二）地震響應分析方法的改變隨著人們對地震動力和結構動力不斷了解，抗震設計的理論和地震響應的分析設計方法也發展出多種方法。從地震動的振幅、頻譜和持時三要素來看，抗震設計的動力理論不但考慮了地震動的持時，而且還考慮了地震動中反應譜不能概括的其他特性，較之靜力理論和反應譜理論有著更全面的優點。

（三）多階段設計方法伴隨著地震產生機理、地震的動特性及地震作用下各類結構破壞機理、動力特性和構件能力研究的不斷深入，加上不同的結構在不同概率的地震作用預期下的性能目標的各不相同，促使著結構設計在設計原則、設防水準等多個方面進行著不斷的改變和進步。橋梁工程的抗震設計也由原來的單一設防水準的一階段設計，改進為雙水準或三水準的兩階段和三階段設計方式，甚至是基于結構性能的多水準設防、多性能目標準則設計方式。

四、結語

篇9

【關鍵詞】橋梁抗震；設計；抗震性能

中圖分類號： K928 文獻標識碼： A

橋梁作為不可替代的公共交通設施，在人們日常生活中發揮著重要的作用，橋梁的質量對人們日常生活的影響更是深遠而長久的。另外，我國是地震多發國家。在發生重大災難時，橋梁能否不被破壞，使災難降低到最小程度都反映出了橋梁抗震設計的重要性。因此，如何加強對橋梁抗震設計加以重視以及采用怎樣的方法提高抗震設計質量就成為了當前的主要任務。

一、明確橋梁抗震設計的重要性

如今，世界范圍內的地震次數越來越多，很多國家為了使地震災害降到最低程度，都在不斷探索橋梁的抗震設計，不斷普及橋梁抗震設計的重要性。當然，在了解橋梁抗震設計的重要性的同時，我們更要清楚的了解橋梁震害的主要原因。只有找到原因，才能找到解決問題的方法。

1.橋梁結構缺乏防震設計

現在的橋梁一般都是梁式的，這種形式的橋梁通過地震產生位移之后，便會形成橋梁上部活動節點地方因蓋梁寬度設置不當而造成落梁或者梁體相互磁撞引起的破壞。對于拱式結構的橋梁，如果沒有進行抗震設計，那么主要破壞的是拱上建筑和腹拱。位于拱頂和拱腳部分的拱圈會產生裂縫，也可能是整個拱隆起變形。

2.橋梁地基缺乏抗震設計

如果橋梁地基土受到地震的影響，那么不僅會加大地震的位移，也會放大橋梁結構的振動反應，從而造成落橋。有些橋梁在建設過程中會采用排架樁基礎，這會造成樁基的承載力降低，進而導致橋梁橫向或者豎向移動。除此之外，如果在建設橋梁時沒有修建穩定的地基，地震時便會因部分地基液化失效而引起結構物的整體傾斜，從而造成落橋。

3.橋梁支座缺乏抗震設計

在地震力的作用下，如果橋梁支座沒有進行抗震設計，必然會導致橋梁構造上連接的不足?；蛘咴谶M行橋梁支座施工時，沒有按照實際情況配置合理的支座型式、沒有采用質量合格的建筑材料，也會導致橋梁支座發生過大的位移和變形，甚至會造成支座的螺栓拔出、剪短等各種形式的破壞。

二、橋梁抗震設防的重要性

2.1建筑抗震設防重要性的分類

根據建筑對社會、政治、經濟以及文化的影響程度，將建筑抗震設防類別的重要性劃分為以下幾類 甲類:重大建筑工程和地震時可能發生嚴重次生災害的建筑，如:大型橋梁，危險品等;抗震設防標準應高于本地區抗震設計基本地震加速度值A的要求。乙類:地震時使用功能不能中斷或需盡快恢復的建筑，如:醫院，發電廠等;抗震設防標準應符合本地區抗震設計基本地震加速度值A的要求。丙類:一般的建筑，如:一般的民用或工業建筑;抗震設防標準符合本地區抗震設計基本地震加速度值A的要求。丁類:抗震次要建筑，如:一般倉庫;抗震設防標準符合本地區抗震設計基本地震加速度值A的要求，設計基本地震加速度值A減半.但最小值不得小于O.O5g.

2.2公路橋梁抗震設防重要性的分類

根據建筑工程抗震設防分類標準的規定，城鎮的交通設施抗震設防分類如下:

(1)在交通網絡中占據關鍵的地位，并且承擔較大的交通量的大跨度橋歸為甲類

(2)處在交通樞紐的其他橋梁歸為乙類

依據上述分類標準，多空跨徑總長在1000米以上的，或者單孔跨徑達150米以上的橋梁應劃為甲類;大、中、小橋梁則應為乙類

三.公路橋梁抗震設防的標準

地震作用下的公路橋梁的危害程度是由公路橋梁所在場地的危險性以及橋梁的結構的易損性決定的.公路橋梁工程師通過對工程所在場地的地震危險性進行分析，然后按照橋梁結構在地震的作用下可接受的危害程度，采用合理的結構體系以及抗震構造措施抗震設防標準的確立，不僅僅是結構的安全問題，還包括設計師的設計理念、國家的經濟指標等因素?？紤]到我國當前的經濟水平，參考國內外的同類型公路橋梁的抗震設防標準，建議公路橋梁特大橋的抗震設防地震的概率是一百年超過百分之十;特大橋的引橋與大中小橋的抗震設防地震的概率水平是五十年超過百分之十。

四、橋梁抗震設計的主要方法

1.防止落橋的設計方法

防止落橋的設計方法主要有兩種，一種是AASHTO-LRFD頒布的橋梁設計規范;另一種是Caltrans橋梁設計規范。

（1) AASHTO-LRFD橋梁設計方法

首先，這種橋梁設計方法中的地震荷載是一種水平效應。通過彈性地震反應系數和上部結構等效重量之積，可以得到地震荷載的水平效應。地震的反應系數公式為:

Cm=1. 25AS/Tm3/4＜2. 5A=A90. 8+4Tm=3ASTm3/4

公式中，A表示的是加速度系數，A的確定是根據等震圖進行的，等震圖表示在設計壽命50年之內超過這個地震等級的概率為10%;S表示的是場地系數;Tm表示的是以秒為單位的第m模態的結構周期。通過地震的反應系數公式，可以采用四種地震分析方法對設計圖進行合理設計，分別是均布荷載法、單模態譜法、多模態譜法和時程法。

（2) Caltrans橋梁設計方法

這是一種單一水平準基力的設計方法，該方法主要包括四方面的設計:

1)用彈性加速度反應譜ARS定義地震力;

2)用多模態反應譜分析考慮橋臺剛度效應;

3)用延性和風險系數設計構件以考慮非彈性效應;

4)合理設計構件詳圖。

Caltrans橋梁設計方法的地震荷載主要是通過運用反應譜定義地震力計算巖石峰值加速度，再通過分析反應譜得出反應譜曲線，從而得到巖石峰值的加速度。這種設計方法有一個特點，就是針對不同形態的橋梁可以采用不同的方法進行抗震設計。例如針對具有良好對稱結構的橋梁，可以采用等效靜力分析方法;針對不規則的橋梁結構，可以采用多模態反應譜的分析方法對橋梁抗震進行設計。

2.橋梁中Caltrans新抗震設計方法的應用

隨著人們對橋梁抗震設計的重視度的不斷提高，很多橋梁設計專家也加大了對橋梁抗震設計的研究力度，其中Caltrans橋梁抗震設計方法取得的進步最大。

首先，Caltrans對普通橋梁進行了新的分類，這種分類實際上增加了橋梁抗震性能準則的橋梁類型，對普通橋梁進行了標準橋梁和非標準橋梁明確的分類，并且兩種類型橋梁沒有根本性的沖突。

其次，在橋梁抗震設計中，對橋梁中的所有結構的強度和延伸性都必須加以保證。因為只有保證了橋梁的抗拉強度、抗壓強度和抗剪強度，才能夠防止橋梁在地震中發生倒塌事件。Caltrans橋梁抗震設計方法中了以往的將非彈性設置全部設置在混凝土結構上，而采用了新型的方法，即將非彈性設置在橋柱、橋墩、背墻和側墻上。

最后，Caltrans橋梁抗震設計關注基于位移的橋梁設計。在這種設計理念的指導下，Caltrans橋梁抗震設計方法認為可以采用非彈性靜力推到分析估算取決于結構外形和塑性鉸的轉動能力的有效位移能力。實質上，各種抗震分析方法都存在著一定的缺陷。因此，基于位移設計方法和能力設計方法相結合的設計方法便成為了新的發展趨勢，而Caltrans橋梁抗震設計方法總的靜力彈性塑性分析方法，正是位移設計方法和能力設計方法的結合體。

結術語

現階段，我國正處于高速公里建設的高峰期，高速公路的建設必不可少的建設就是公路橋梁，因此橋梁的建設數量和質量越來越引起人們的重視。為了有效提高橋梁的質量、避免橋梁在地震等災害中造成一定程度的損失，必須加強橋梁的抗震設計、這就需要橋梁設計工作者首先加強橋梁抗震設計的重要性，其次要積極探索橋梁抗震設計的方法、通過不斷完善自己的設計作品，更好地服務于公路建設，為人們更好的生活提供保證。

參考文獻

[1]陸本燕，劉伯權，劉鳴，邢國華.等效阻尼比對基于位移的抗震設計的影響分析[J].防災減災工程學報，2010(06).

[2]陸本燕，劉伯權，吳濤，邢國華.基于RC橋梁墩柱的地震損傷模型比較分析[J].土術工程學報，2010(SI).

篇10

[關鍵詞] 橋梁設計抗震方法應用

中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：

一、橋梁在地震中的破壞點

地震是破壞力最大的自然災害之一，給人的生命財產和生活設施帶來的危害是無法估量的。對于橋梁而言，如何準確地進行抗震設計，盡可能提高橋梁的抗震性能，顯然是一個無法回避的問題。國內外橋梁的震害資料表明，橋梁在地震中出現的損害雖然不盡相同，但也有規律可尋，常見的破壞點主要表現在三個層面。

結構的震害。橋梁結構在地震中發生損害最為常見，而且破壞點大多在上部結構，主要是橋梁在地震中由于碰撞、位移的原因，加之自身質量性能的優劣而發生嚴重的震害。下部部結構結構在地震的發生逐漸變得脆弱，當震力達到足夠強大，以至于下部結構的自身慣性力無法抵抗，就會導致橋梁下部結構發生形變。如果橋梁結構在設計之初缺乏科學與合理，在連接的環節上不夠嚴謹，地震力的破壞作用首先就會從縫隙處發生，直至整個橋梁的坍塌。

支座的震害。支座作為橋梁的根基，在地震中也容易受到損害。其原因是多方面的，傳統橋梁設計忽視了支座的抗震性能、結構設計不合理、材料質地的缺陷等因素，都會導致橋梁的支座部分在震力的沖擊下發生變形或是位移。

地基土液化的震害。地基作為橋梁的支撐部分，在地震中有可能發生液化而喪失支撐功能，地基所支撐的結構物就會隨之整體傾斜下沉、甚至出現落梁現象。嚴重的形變對橋梁的破壞無疑是致命的。

二、橋梁抗震設計分析方法介紹

橋梁抗震設計的新理論，是基于性能的抗震設計方法，由20世紀90年代初由美國學者提出。這種理論主要研究方向在于在未來的地震災害下橋梁結構能夠保持早先的抗震性能。這在目前美、日、新西蘭等國家成為地震工程學者熱衷研究的課題?；谛阅艿目拐鹪O計的主要原理是彈塑性分析方法，主要包括推倒分析方法、位移實驗法、能力譜法、功率譜法、虛擬激勵法等。

推倒分析方法是一種靜力彈塑性分析方法。它致力于橋梁結構在側向單調加載下承載力、內力、變形和能量耗散之間的關系探究塑性鉸出現的順序和位置和可能出現的問題等。這種推倒分析方法在具體評估地震作用下結構的抗震能力設計具有一定的效用，更多傾向于設計地震作用下的結構目標位移。

能力譜方法是一種以推倒分析方法和反應譜相結合的簡化分析方法。此種方法通過對結構的推倒分析，得到能力譜，再進行第二次推倒分析，以評估橋梁結構在設計地震作用下的彈塑性反應。

功率譜法是根據地震動的隨機性模擬地震動的隨機過程的一種概率性分析方法。功率譜方法是在已知統計特征的隨機干擾下，求得橋梁結構的譜密度、平均值、相關函數、方差、等。它是目前橋梁抗震設計分析方法的熱點。

虛擬激勵法。隨虛擬激勵法作為一種新的隨機振動分析方法,已對多點非均勻隨機激勵問題設計精確高效的計算方法，通過普通微機計算有數千自由度、幾十個地面支座的大跨度多點地震激勵問題，達到實用要求。

位移實驗法。位移實驗法是確定橋梁結構靜力彈塑性分析的有效方法。其研究方向為如何將多高層建筑結構的多自由轉化為等效的單自由度體系。但從實際效果看，其精確度還待檢驗。在主要構件的損壞情況及具體樓層的劣勢，是位移實驗法的弱勢。

三、橋梁抗震設計應用的有效途徑

作為橋梁的設計師，在橋梁的設計過程中應遵循抗震的新理念，通過選擇對抗震有利地段、設計合理的橋梁結構方案，運用正確橋梁結構動力分析方法，以提高橋梁的抗震性能。實踐經驗表明，減小橋梁震害的有效途徑是增加結構的柔性來延長結構的自振周期，以減小地震載荷進而增加結構的阻尼。具體方法有以下三種。

建立隔震支座。建立隔震支座法是在抗震設計應用的較為常見的方法。由于橋梁連接處的結構與地震反應是直接關聯，可以通過設計或是應用新材料在梁體與墩臺的連接處設置減震、隔震支座，實現結構柔性和阻尼的增加。這種方法的實質是通過增加結構的柔性和阻尼來減小橋梁的地震反應的，有足夠說服力的實驗數據為依據，可以有效的減小墩、臺所受的水平地震力，從根本上減小了地震的影響，提高了橋梁的抗震性能。如果將隔震支座和阻尼器有效組合，抗震效果將成倍增強。

巧用橋墩延性。利用橋墩具有延性的特點，在抗震設計中應加以巧妙利用。在強級別的地震發生時，橋墩部位形成的穩定延性塑性鉸可以產生彈塑性變形，在延長結構周期的同時會耗散地震產生的較多能量因此，利用橋墩自身加強的延性，將震力通過限度內的塑性變形而外展緩沖，是橋梁設計中不難實現的抗震方法。利用延性的抗震設計，需要根據彈性反應來計算塑性變形的程度，再根據抗震等級進行修正，以提高橋梁的抗震載荷。

設計新型橋梁。傳統的橋梁抗震設計，主要是通過提升強度和延性來抗衡地震力，其安全性來自于橋梁的抗震力小于地震力。但地震力的破壞作用在很多情況下是無法準確預知的。當地震力超出了設計值，橋梁很難在地震中全身而退。因此，針對這種問題，橋梁的研究者設計了一種新型的橋梁結構―型鋼混凝土結構，較之傳統的混凝土結構具有較高的性價比和較強的技術優勢。因為型鋼混凝土結構的承載能力是同等條件下鋼筋混凝土的兩倍，抗剪能力、延性也更強。而且，新型的型鋼混凝土結構在吸收、隔離和耗散地震能量方面具有更多的優勢，能最大程度的減小橋梁在地震中的反應，從而有效地避免變形帶來的危害，既提高了橋梁結構的安全系數，又能降低造價，無疑是橋梁抗震設計的首選方法。

參考文獻：