简佳峰 李 轲
（中交第一公路勘察设计研究院有限公司；第三交通设计院，陕西，西安，710068）
【摘 要】高速公路桥梁结构是交通运输的重要枢纽，也是高速公路抗震设防要求的薄弱环节，一旦发生地震破坏，会带来巨大的安全事故和经济损失。本文结合我国桥梁结构抗震设计的现状，对抗震破坏的形式、抗震设计的要点和抗震措施进行了分析和总结，对实际进行桥梁抗震设计具有指导性意义。
【关键词】高速公路桥梁结构；抗震设计；设计原则；设计方法；抗震措施
前言
随着社会的不断发展，我国的高速公路覆盖范围也越来越广泛。高速公路作为交通运输的主干道，一方面能够方便人们的出行，另一方面也能促进不同地区之间的经济交流，对推动我国经济发展起到了重大作用。我国是地震多发国家之一，在工民建设工程中必须考虑到地震灾害的影响。高速公路桥梁结构由于存在一定的跨度，更容易在地震发生过程中产生破坏，因此科学合理的对高速公路桥梁结构进行抗震设计对保护人民的人身和财产安全具有重大意义。
1．地震对高速公路桥梁结构产生的危害
地震是地球内部介质由于应力过大而发生急剧破裂，在破裂过程中会产生地震波，以破裂位置为震源，在一定范围内扩散而引起地面震动的现象。地震波又分为横波和纵波，横波引起地面建筑水平晃动，纵波则使地表建筑上下颠簸。当地震的强度太大，导致建筑的变形过大时，建筑往往会因为强度不够或失稳而发生局部或整体破坏，产生严重的安全和经济损失。
对于高速公路桥梁结构，地震破坏主要表现在：上部结构破坏、支座破坏、地基土地震液化和下部结构破坏。
1.1上部结构地震破坏
当地震发生时，桥梁上部结构如主梁，在地震作用下会发生晃动，与相邻的主梁间发生碰撞，导致碰撞破坏。也可能由于变形过大，发生移位损坏和自身损坏，严重时会导致坠梁。
1.2支座破坏
在桥梁结构中支座与上部主梁连在一起。在地震发生时，若没有采取必要的防震措施，支座会产生很大的位移和变形，当超出支座自身变形能力时，会由于支座锚固螺栓剪断而产生破坏。支座破坏时还会导致与之相连的上部主梁由于结构传力的变化而发生破坏，带来严重的后果。在高速公路桥梁过程中支座抗震设计尤为重要。
1.3地基土地震液化
在地震作用下，地基砂土可能会发生液化，导致地基承载力降低，引起地基沉降和滑移，导致地基破坏。地基是桥梁结构受力的基础，当基础发生破坏时，上部结构会因为丧失支撑作用而发生落梁，造成巨大的损失。
1.4下部结构破坏
下部结构的破坏主要是指桥梁结构的桥墩和桥台的破坏。在地震作用下，桥台和基础往往会产生滑移，桥台和桥墩与基础连接处发生倾斜、开裂甚至折断。桥梁下部结构的破坏往往会导致整个桥梁结构的破坏，因此这种情况在抗震设计时应极力避免。
2．高速公路桥梁结构抗震设计原则分析
在我国，高速公路桥梁结构抗震设计主要以《公路桥梁抗震设计细则》（JGJ/B0201 -2008)中的要求为准。规范规定采用二阶段设计，即：A类桥梁，遵循中震不坏，大震可修原则，采用弹性抗震设计方法；B,C类桥梁，遵循小震不坏，中震可修，大震不倒的原则，采用延性抗震设计方法。在整个桥梁结构的设计过程中，都应该严格按照规范要求进行。
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规范中的要求即我们在高速公路桥梁结构抗震设计中的设计要点，主要体现在以下三个方面：公路桥梁选址、结构的整体稳定性要求、结构和构件的强度和延性要求。
2.1公路桥梁选址
在高速公路桥梁结构设计时，首先要对施工现场进行地质条件勘察，选择合适的位置。不同地区的抗震设防烈度和设防等级不同，应该结合当地实际情况设计。同时我们应该选择具有良好地基的地段或者是稳定的河岸和坡谷地段，既要保证地基具有足够的承载力，又应该有良好的施工环境。
2.2结构的整体稳定性
桥梁结构发生破坏时，有时并不是因为强度不够，而是因为结构的整体稳定性不够发生失稳破坏。因此在进行结构设计时，应该使结构具有较好的整体稳定性。在结构布置时使结构的几何尺寸、质量和刚度在平面和立面中均匀分布，并形成整体的有效连接。例如：桥孔在布置时应尽可能等跨布置。
2.3结构和构件的强度和延性
桥梁结构发生破坏时更多的发生的是强度破坏，因此结构或构件必须满足一定的强度要求。这就要求我们在设计计算时，严格按照规范的要求进行荷载统计和受力计算，在选材时保证构件的强度满足要求。同时宜采用延性设计方法，使结构或构件在达到设计强度时仍然有一定的承载能力，具有安全储备。
3．高速公路桥梁结构抗震设计方法分析
高速公路桥梁结构抗震设计方法主要有三种：静力法、反应谱法和时程分析法。对不同的桥梁结构进行设计时，需要结合工程的实际情况，选择合适的方法进行设计。
3.1静力法
静力法设计即不考虑桥梁结构本身的动力特性的影响，认为地震加速度是导致桥梁结构地震破坏的唯一因素。在结构设计时将结构组件看作绝对刚性的物体，只考虑结构静力分析，然而在实际地震受力时结构自身会发生一定的变形，静力计算的结构内力往往会比考虑结构动力分析的结果偏低，具有一定的局限性。静力法计算过程简单，通常在具有较大刚度的重力桥墩结构或桥台结构中比较适用。
3.2反应谱法
反应谱法是我国目前在公路、铁路及桥梁抗震设计中应用最普遍的方法。反应谱法首先是对桥梁结构自身的动力特性（固有频率、主振型）进行分析，然后对于不同的主振型分别应用谱曲线得出在某一强震记录下的最大地震反应值，最后通过将不同主振型的最大地震反应值进行最不利组合，从而得出整个桥梁结构的最大地震反应值。用反应谱法进行抗震设计时，结构的安全储备最高，设计更偏于安全，因此应用最广泛。
3.3时程分析法
时程分析法是结合有限元分析计算和计算机编程来进行结构抗震分析的方法。应用时程分析法时，首先要利用有限元软件将桥梁结构离散成为多节点、多自由度的有限元计算模型，然后导入地震强迫振动的激振（地震加速度时程），通过有限元软件进行分析计算从而得出结构的地震反应时程。时程分析法即运用有限元软件对地震作用下的桥梁结构进行数值模拟。由于有限元技术并没有广泛普及，因此在实际工程中运用不多。
4．总结：
地震灾害目前仍然不能准确的预测，一旦发生不仅会造成大量的人员伤亡还会带来巨大的经济财产损失，因此在高速公路桥梁结构设计过程中必须做好结构抗震设计。桥梁结构抗震措施有以下几点：（1）合理的结构选型，保证结构的稳定性和整体刚度（2）桥梁选址要选择良好地基的地段，地质条件不利时要进行地基处理（3）桥梁构件要采用延性设计，使结构具有良好的延性（4）应用柔性和高阻尼新材料隔震支座，提高支座抗震性能。在高速公路桥梁结构抗震设计时还应严格按照规范要求进行设计，避免桥梁结构在发生地震时破坏坍塌。
参考文献：
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[2]刘阳.公路桥梁结构抗震设计要点分析[J].桥梁与隧道工程，2014,11:145～147.
[3]张美娜，金旭昌.基于性的桥梁结构抗震设计研究进展.辽宁省交通高等专科学校学报,2012,6:9～11.
作者简介：
简佳峰（1985.2—），男，汉族，四川省达州市人，本科，助理工程师。主要从事桥梁设计工作。
李轲（1986.8——），男，汉族，陕西省西安市人，硕士，助理工程师。主要从事桥梁设计工作。
论文作者:简佳峰,李轲
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年4月总第209期
论文发表时间:2016/6/13
标签：结构论文; 桥梁论文; 高速公路论文; 支座论文; 发生论文; 地基论文; 延性论文; 《工程建设标准化》2016年4月总第209期论文;