摘要：在公路建设中，抗震灾害造成的影响是必须考虑的问题，主要原因在于我国属于地震多发国家。在公路桥梁施工中，由于该结构存在一定的跨度，在地震发生过程中容易受到破坏，所以对公路桥梁结构进行科学合理的抗震设计，能够使人民的人身和财产安全得到保护。
关键词：公路桥梁；抗震设计；问题及改进；
引言
近年来，随着我国社会的快速发展，人们日益增长的生活需求使公路建设规模不断扩大，公路作为交通运输业的基础保障，不仅给人们的出行带来了便利，而且使地区之间的经济交流得到促进，进一步推动我国经济的发展，意义重大。
一、地震对公路桥梁的破坏及原因
1、对梁式桥梁地震位移所造成的上部活动节点处因盖梁宽度设置不足导致落梁或梁体相互磁撞引起的破坏，而对拱式结构则主要表现在拱上建筑和腹拱的破坏，拱圈在拱顶、拱脚产生的破损裂缝，甚至会整个隆起变形。
2、桥台震害主要表现为桥台与路基一起滑动并移向河心，致使桥头、重力式桥台的胸腔及桩柱式桥台的桩柱出现不同程度的沉降、开裂、倾斜和折断等。除此之外，桥头的沉降还会导致翼墙被损坏并致使其开裂，进而重力式桥台胸腔开裂会引起整个台体被移动并下沉。
3、地基与基础震害在地震力作用下地基中的砂土会被液化，以致地基失效，基础沉降或不均匀沉降，从而导致地面较大变形，地层发生水平滑移、下层、断裂等，加大了地面位移从而加剧了结构反应。地基与基础震害使路面、桥梁发生坍塌，给震后修复工作带来困难。
4、发生地震时会使在松软地基上的桥梁在发生河岸滑移导致全桥长度的缩短而造成的比较严重的震害。桥墩震害在地震力作用下桥墩会不同程度的倾斜、沉降、滑移、开裂、剪断和钢筋裸露扭曲。
二、公路桥梁发生严重震害的原因分析
从世界各国公路桥梁遭受震害的大概统计来看，震害的表现形式及原因主要有以下几个方面。
首先，在地震来袭的时候，桥梁的地震位移为给上部活动节点的活动空间造成非常严重的挤压作用，而我国许多公路桥梁尤其是梁式桥梁在盖梁设置中往往会出现未能充分考虑地震影响而未作过多设置的情况，这就让梁式桥梁在遭受地震侵袭时会因为上部活动节点的空间不足而引起落梁或者梁体之间的相互碰撞，从而遭到破坏。
其次，地震发生之后，桥梁地基会出现大面积的严重液化，地基液化与地面位移的双重作用加剧了整个桥梁结构的变形错位，从而极大的增加了地震中落梁危险的发生几率。
再次，公路桥梁在支座抗震设计过程中往往会因为历史往期当地未发生过地震而对支座的抗震设计考虑不足，从而在地震来袭之时让支座发生了超乎预料的大位移以及严重变形，从而引起支座的构造破坏，进而引发桥梁其他部分的结构受损，造成连锁破坏效应。
再次，桥梁下部的结构抗力在桥梁施工设计阶段对地震危害的考虑不足也会让桥梁在地震过程中出现下部结构因抗力不足而出现严重开裂、剧烈变形以及作用失效，从而引发整座桥梁的坍塌破坏危险。
三、公路桥梁抗震设计存在的问题
1、支撑连接件以及下部结构失效
所谓的支撑连接件失效，即是桥梁当中起到承接力作用的上部结构与下部结构承受的力超出了其承受范围，从而导致部件与桥体之间发生了相对位移，使得起到支撑作用的部件失去了其应有的作用，桥梁上层部分与下层部分发生了一定程度的分离，较为严重的情况下会使得桥梁整个部分相互分隔开来，最终使得桥体出现坠毁崩塌等现象。而产生这一现象的原因，大多是在进行桥梁设计的时候没有充分地考虑到桥梁相邻跨之间的相互位移的程度，导致支撑部件的失效。因此，通过增加支撑部件的宽度进而使支撑部件相对稳固。对桥梁设计的不合理以及承力计算的不准确会导致桥梁的桥墩与桥台部分出现损坏，最开始出现较小程度的裂痕，随着地震力的传递，裂痕逐渐增大，增多，桥墩开裂折断，进而导致下部结构的失效。若想要解决这种状况，只能在前期的延性设计以及施工当中保证准确，使结构的弹性得到保持。
2、软弱地基失效
当地震灾害发生时，桥梁下部的承载地基会由于地壳的变动发生永久性的变形，这种地基高低与承载能力的变化会使得支撑桥梁的土地部分变得较为柔软，严重者会出现地基沙土化或地基塌陷的现象。这种地理土壤情况的不良变化容易使得桥梁的下部支撑部位发生一定程度的位移，而桥梁下部的不均衡位移更容易导致桥梁表面出现裂痕，进而使得桥梁整体崩塌破坏。地震灾害容易使土壤部分出现砂土液化的现象，将固体的土壤状态转变成为具有流动性的状态，喷水冒砂，这种现象使得土壤抵抗剪切力的能力大大下降，使得桥梁建筑下降塌陷，倾斜或倾覆。由于这种状况的出现大多是由地震的自然灾害造成的，很难避免，因此，在桥梁的建设过程当中选择好建设地址，避免选择容易出现地基失效的位置进行桥梁的搭设。
四、公路桥梁抗震设计改进措施
1、选择合适的桥位、桥型和孔径
选择桥位时应尽量避开地震危险地段，充分利用地震有利地段。应尽量采用桥梁中线与河流正交，这样即使地震产生河岸滑移，影响也较小；若采用斜交，地震时极易产生河岸向河心滑移，会使桥梁随之发生错动或扭转破坏。从几何线形上，尽量使桥梁位于直线上，弯桥或斜桥会使地震反应复杂化。
在高烈度地震区应尽可能采用规则性好的桥梁结构，结构的布置要力求使几何尺寸、质量和刚度均匀、对称、规则，避免引起突然的变化。地震区桥跨不宜太长，大跨度意味着墩柱承受的轴向力过大，从而降低墩柱的延性能力。在保证工程经济的同时，选择小跨径方案，使桥墩承受的轴压水平较低，从而获得更佳的延性。
桥孔宜选用有利于抗震的等跨布置，并尽量避免高墩与大跨的组合。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆宜形体简单、自重轻、刚度和质量分布均匀、重心低、便于施工。
2、柱式桥墩的合理设计
柱式墩是桥梁设计中最为常见的结构形式，日本阪神地震中显示出大量圆形独柱墩崩溃性破坏，汶川地震相关资料表明矩形墩要优于圆形墩，抗震设计中应首先尽量避免选用抗震性能差的圆形独柱结构，同时优先选择矩形截面形式。其次应重视桥墩中间的横梁设置，横梁刚度不宜过大，避免导致“强梁弱柱效应”的出现，造成结构的第一塑性铰出现在墩柱之上，而不是横梁上，致使结构失效。
桥墩是支撑梁体的主要构件，同时由于桥梁结构“上刚下柔”的特点使得桥墩极易出现破坏。其破坏主要包括墩身剪断、压溃和开裂，应根据抗剪计算来配置箍筋，选择合理的箍筋间距，注意箍筋的搭接构造细节。设防裂度7度及以上应通过计算确定墩柱尺寸，保证塑性铰区位于墩柱范围内，甥性铰庆钢筋应根据《公路桥梁抗震细则》进行加密，加密箍筋可采用12mm~16mm带肋钢筋，但锚固于盖梁、承台部分的加密钢筋采用螺旋箍筋欠妥，施工单位反映由于盖梁中钢筋原有钢筋很多，螺旋筋布置十分困难。建议采用环形箍筋为宜。
3、桥梁支座的抗震设计
①对采用橡胶支座而无固定支座的桥跨，应加设防移角钢或设挡轨，作为支座的抗震设计。
②对高烈度区的桥梁设计应在纵向设置一定的消能装置，如采用聚四氟乙烯支座、迭层橡胶支座、铅芯橡胶支座等减、隔震支座以及在梁体与墩台的连接处增加结构的柔性和阻尼，以便共同受力和减小水平桥梁荷载的作用。
③由于拱桥对支座水平位移十分敏感，同时两边桥台的非同步激振会引起较大的伪静力反应，有时甚至会大于惯性力所引起的动力反应，因此要求震区的拱桥墩台基础务必设置于整体岩盘或同一类型的场址上，以保证地震时各支座的同步激振。
4、桥梁上部结构的抗震设计
在对桥梁上部结构进行抗震设计时，应当依据桥梁跨径的大小来选择最恰当的上部结构和截面形式。在桥梁上部结构的截面形式中，箱型截面形式的特点是抗震性能、抗扭刚度都比较好，因此，对于具有较大跨径的桥梁，其截面形式最适宜使用箱型截面。
对公路桥梁的上部结构进行抗震设计的主要目的，就是通过提高桥梁上部结构的整体性，来对桥梁上部结构发生的位移进行限制，以提高其抗震性能。设计时必须注意以下要点：
①在对梁桥的上部结构进行抗震设计时，主梁通常采用连续梁来代替简支梁，这样做的好处是可以减少桥梁的伸缩缝，并降低桥梁因桥跨分离而发生位移的风险，减少由此而带来的落梁事故。如果因条件所限而选用多跨简支梁时，必须将其设计成为先简支后连续、结构连续的构造，并采用连续性的桥面，以加强梁间的纵向与横向联系。
②在预应力桥梁上部结构的抗震设计中，通常选择真空压浆方法来制作预应力桥梁的构件，以便使预应力管道的水泥浆保持饱满，从而增强预应力桥梁的刚度、强度，提高其抗震性能。
③在进行拱桥上部结构的抗震设计时，其主拱圈优先选择箱形拱、板拱等形式，并通过提高主拱圈抗扭刚度的方法来提高拱桥上部结构的抗震性能；对于空腹式拱桥，在设计填料的厚度时一般选择较小值；对于肋拱则比较适宜使用钢筋混凝土结构，同时为了增强肋间的横向联系，可在拱顶的1/4和3/4处分别设置横隔板。
④一般情况下，同一座桥梁的桥型应当避免采用梁桥与拱桥混合的形式，否则，必须对两者相互衔接部位的桥墩进行加强，以保障其抗震性能。
5、提高结构和构件的强度和延性
桥梁结构的地震破坏源于地震动引起的结构振动，因此抗震设计要力图使从地基传入结构的振动能量为最小，并使结构具有适当的强度、刚度和延性，以防止不能容忍的破坏。在不增加重量、不改变刚度的前提下，提高总体强度和延性是两个有效的抗震途径。刚度的选择有助于控制结构变形；强度与延性则是决定结构抗震能力的两个重要参数。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，只重视强度而忽视延性绝对不是良好的抗震设计。
6、加强对桥梁结构刚度对称的设计
根据物理学原理来看，结构的刚度对称性越强，其因地震而遭受震害破坏的可能性就越小。如果是一座桥梁内墩的身高差过大的桥梁，当发生地震时，较矮的桥墩就会因地震而产生非常强大的地震水平力，从而严重危害到整座桥梁的稳定性。而对于具有大跨径的桥梁而言，跨径过大的桥孔部分的桥墩也会产生较大的地震力。所以在桥梁结构设计过程中，就要努力避免在地震高发区或潜在危险区域采用这种类型的桥梁结构设计，若果因为实际需要而无法避免的话，也要加强桥墩的消能手段，降低桥墩的自身刚度，或者进行抗震支座的设计。
结语
随着我国对地震灾害特性和桥梁工程震害特点的深化认识和深入研究，从“老规范”到“08细则”和“新规范”的发布，我国桥梁抗震设计方法从强度、延性设计，发展到了能力保护设计，并明确了抗震措施，对“小震不坏、中震可修、大震不倒”的基本抗震设防目标做出更全面的细化，桥梁抗震设计有了更详细的指导思想。随着桥梁缓冲装置、连接装置和减隔震技术的发展和应用，将大大提高地震作用下桥梁的安全性，减轻地震损失，并为震区的震后交通生命线畅通和救灾工作的顺利提供有力保障。
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论文作者:赵明
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/26
标签：桥梁论文; 结构论文; 支座论文; 桥墩论文; 刚度论文; 地基论文; 延性论文; 《基层建设》2017年5期论文;