摘要：通过汶川地震、唐山地震以及其他地震灾害中，简支梁、连续小刚架和连续梁等三种桥梁结构形式的主要震害情况分析和上述三种结构形式的结构特点分析，对不同条件下桥梁结构的抗震性能的优劣进行了初步的探讨。
关键词：桥梁结构；抗震性能；简支梁；连续梁；连续小刚架
2008年的汶川地震（M8.0）和1976年的唐山地震（M7.8）都造成大量桥梁的严重破坏，给震后救援工作带来极大困难。调查发现，同类桥梁体系的震害有许多共同特征，不同的桥梁体系抗震性能差异很大。
一、简支梁桥震害情况及结构特点分析
目前国内已建成通车的铁路桥梁，一般都是以简支梁为主，德国、西班牙、意大利等欧洲国家的铁路桥梁也多采用简支箱梁或简支T梁。简支梁桥具有鲜明的结构特点。
建成的简支梁桥
1.简支梁桥的结构特点
简支梁桥的优点在于受力清晰，设计难度小，国内铁路对简支梁的设计达到了上万公里，各种类型简支梁通用图齐全，经验丰富；施工方便，既可以大规模预制架设，又可以局部支架现浇，施工方法灵活，结构施工质量有保证，施工模板、机具等可重复使用，适于大规模批量生产。上、下部结构可同时进行施工，尤其适用于施工工期紧张的情况；简支梁抗震设计灵活，可以采用先进的多种抗震手段，震后修复容易。
简支梁的缺点在于跨越能力有限，对于重大立交和河流工点处需要研究采用大跨结构；整体连接性不如刚构体系强，需要设置防落梁装置等来避免落梁的发生。
2．简支梁主要震害及其分析
落梁是最严重的简支梁梁震害之一。唐山地震中有18座大、中型梁式桥发生落梁。汶川地震中也有多座桥梁发生了落梁。美国Northridge地震（1994）、日本阪种地震（1995）、台湾集集地震（1999）中，也都发生了简支梁落梁震害。此外，支座滑动、梁体位移、伸缩缝处相邻梁体间碰撞也是简支梁上部结构的主要震害。
地震中，简支梁桥发生震害的主要原因是主粱与桥墩连接较为薄弱。发生震害的桥梁多采用板式橡胶支座，稳定性较差，地震发生时，主梁发生横、纵向移位，严重的就会造成落梁。加强各片梁间的整体性是解决地震中简支梁桥的落梁及梁体间的碰撞问题的有效方式。
二、连续梁桥震害情况及结构特点分析
连续梁桥最为常见的跨度30~100m范围内的桥梁结构形式，与简支梁相比，连续梁减少了梁部伸缩缝，改善了行车条件。
1.连续梁桥的结构特点
建成的连续梁桥
连续梁在恒活载的作用下，产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载作用，使内力状态均匀合理，从而减小梁高，增大桥下净空，节省材料；连续梁在每个墩台上只需设一个支座，桥墩宽度小，节省空间和材料；连续梁连续通过三个以上支座，桥面接缝少，行车平顺，为高速行车提供了便利条件
2．连续梁主要震害及其分析
连续粱桥的震害主要集中在支座与下部结构中，震害表现为固定墩底区域塑性铰区混凝土开裂、剥落，受拉钢筋屈服。调查数据显示，汶川地震中33座连续梁桥中有12％中度破坏、9％严重破坏，6％发生损毁，且损毁程度远大于简支梁桥。
连续梁桥固定墩发生严重震害的主要原因是固定墩承担了全部桥跨质量产生的地震作用。目前，依靠连续梁桥固定墩损伤耗能的延性设计被国内外诸多的桥梁所采纳的抗震设计方式，但是，这种设计方式也会造成震后塑性铰区受损，若塑性铰区的约束箍筋配置不足，纵向钢筋的搭接或焊接不牢等细节设计不合理，则可能会产生由墩柱的延性能力不足引起桥梁的损毁。因此，随着桥梁抗震技术的不断发展，综合来看，靠固定墩延性抗震设计的连续梁桥体系也不再是最理想的桥梁抗震体系。
三、连续刚架桥震害情况及结构特点分析
日本新干线上的高架桥大量采用了钢筋混凝土小刚架这种结构形式，据统计在2000km新干线上（上世纪90年代末统计结果），小刚架的总里程超过700km，占了全部通车里程的35%。我国大秦铁路采用了3×8m+6m挂孔的小刚架桥。
建成的连续小刚架桥
1.连续刚架桥的结构特点
连续刚架有利于土地利用，造价相比较低，在日本，小刚架被认为是最经济的一种以桥代路的结构形式；小刚架属于连续超静定结构，抗震能力较强，不容易发生落梁的震害；小刚架一般适用的高度较低，便于就地浇注。小刚架主梁高度较低，适宜于结构高度受控制的区段或者是车站高架地段选用。
连续小刚架对地基要求较高，对于软土地区以及易发生不均匀沉降的区域，适应性较差；小刚架无法采用先进的减、隔震装置，在强震作用下，只能通过墩柱自身的塑形变形来耗能，墩柱发生塑形变形后，震后修复困难；小刚架一般采用满堂支架现浇施工，相比于简支梁方案，采用工场制作，集中运架的方案，施工速度较慢；小刚架在施工上属于现场现浇施工，施工质量方面由于养护环境的原因，质量不易控制。
2．连续刚架桥震害及其分析
连续刚架桥是高墩大跨桥梁结构多用的一种桥型。连续刚架桥采用墩、梁固结。减少了支座，加强了桥梁的整体性。调查结果表明，汶川地震中大部分简支梁桥发生严重的落梁震害，其它简支梁桥的主梁、支座等多处部位也均受到了不同程度的破损，而连续刚构桥的震害则为基本不影响桥上的正常行车的桥墩受损开裂。实践证明，连续刚架桥由于墩、梁固结的结构特点，增强了桥梁结构的整体性，并且能够通过多个刚架墩共同分担地震作用，此外，因此连续刚架桥的震害会明显轻于相近的简支梁与连续粱桥，与简支梁及连续梁桥相比，连续刚架桥具有更好的抗震性能。
四、结束语
简支梁桥、连续梁桥和连续小刚架桥在不同的桥址环境下，由于结构特点不同而表现出不同的抗震性能。就抗震性能的相对优劣来说，连续刚架桥的抗震性能明显高于简支梁桥和连续梁桥。但由于连续刚架桥属于超静定结构，当桥址范围内地质情况不一致时，易发生不均匀下陷或者两侧产生不一致运动，而导致超静定结构的破坏。因此，当地质情况不一致时，应优先选择体系为静定结构的简支梁桥，并采取相应的防落梁措施。
由于小刚架不能采用减隔震措施，在强震作用下，墩柱不可避免地会发生延性破坏，而简支梁桥有条件采用减隔震等抗震技术手段，可以将桥梁的破坏局限于支座等连接构件范围内，而桥墩、桩基等并不发生破坏，减小了震后修复的成本。
综上所述，在桥梁结构抗震设计时，应根据不同的桥梁结构形式的特点，结合地质、地形等外部条件，综合考虑施工方法和工程造价等因素，因地制宜地选择具有良好抗震性能的结构形式。
论文作者:周易天
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/2
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