张勇
西安长安大学工程设计研究院有限公司 陕西西安 710000
摘要：桥梁工程是运输线上的重要部分，因此桥梁的抗震设计对灾后重建尤为重要。地震是严重危害人类及其他生物的自然灾害。如果交通的线路在发生地震时受损，那将给灾后的救援工作带来极大的麻烦，也会极大的影响恢复工作。抗震设计是城市公路桥梁设计的重要组成部分，对城市公路桥梁的质量影响巨大。本文分析了我国城市公路桥梁的抗震设计，指出了城市公路桥梁的抗震设计要点。
关键词：城市公路桥梁；抗震设计；要点
1前言
我国在实行改革开放后，除了经济发展十分的迅速外，作为国家的经济发展基础的交通运输体系也得到了很大的发展。城市公路桥梁的开工优化了我国的城市交通网络，给人们的出行带来极大的便利。我国的地理位置相对比较特殊，位于环太平洋的地震带和欧亚的地震带之间，因此是一个地震较多的国家。地震造成的破坏对所有人都是显而易见的，尤其是在建筑行业正在迅速发展的今天。在各个城市中都有许多高层建筑，高架桥和立交桥就位于城市中心的高层建筑之间，并贯穿整个城市。随着我国桥梁公路系统的不断完善，桥梁的抗震设计变得越来越重要。
20世纪末，多国的地震专家根据新的地震要求提出了防御工事的分类设计构想，即“小震不坏、中震修复、大震不倒”。我国采用三级设防和两阶段设计方法，对于中震和大震，由于经济原因，地震使结构经受塑性变形和有限的破坏，并且将结构的变形作为准则，以达到“大震不塌”的要求。对于高概率的中小地震，为了不影响使用功能，要求结构在灵活范围内工作，强度作为准则。
城市桥梁工程作为城市道路的重要部分，为了获得良好的质量保证，做好桥梁抗震设计必不可少。其抗震设计直接关系到整个城市的公共安全。研究现代城市桥梁的抗震设计是非常必要的。
2当前我国城市公路桥梁的震害概述
对桥梁抗震的研究有助于建立高效的抗震设计方法，采取有效的抗震措施，不同的桥梁部位的地震破坏也不同：
2.1地震对上部的损坏
桥梁上部结构的地震损伤主要是上部结构本身的地震损伤、上部结构位移引起的地震损伤和上部结构碰撞引起的地震损伤。其中，上部结构本身的震害相对较小。最常见的地震破坏是由上部结构的位移引起的。这些位移包括横向位移、纵向位移和扭转位移，这些都会给桥梁本身带来很大的危害。
2.2地震对支座结构的损坏
桥梁支座机构的地震损坏主要是支座本身的损坏，支座附件的损坏。
2.3地震对桥墩的破坏。
地震后的墩台经常下沉，墩台自身结构也会受损并发生严重倾斜。如果墩台结构刚度较大，主要发生剪切破坏。当桥墩为柔性墩时，经常发生弯曲破坏，破坏点大多位于墩顶和墩底。
2.4地震对基础的破坏
在正常情况下，地震对地基的破坏主要表现为地基位移、基础倾角和地基沉降。这将影响桥梁的整体力传递，破坏桥梁的应力结构。四川汶川地震后，中国研究人员对当地道路桥梁状况进行了全面调查。结果表明，中、小跨径桥梁的主要地震损伤是主梁位移、支座破坏。造成这些危险的原因是，我国中小跨径桥梁的支护主要是平橡胶支座，支护施工过程中无锚固作业，地震后容易滑移掉落。
3城市桥梁抗震设计基本原则
合理的桥梁抗震设计要求桥梁具有良好的强度性能和延性要求。具体原则如下：
3.1选择场地
选择合适的施工现场是确保桥梁抗震性能的前提。选择地点时，请避免选择在地震期间基础可能会失效的软区域。地基的基础应相对坚硬，否则容易对地基造成地震破坏。
3.2确保桥的完整性
桥梁的整体设计可以有效减少地震破坏。设计时，桥梁的上部结构应是连续的。良好的整体桥梁设计可以增强桥梁的强度，并减少地震发生时跌落的情况。总体设计的另一个关键点是尝试设计一种对称结构，以避免在强烈振动下单侧倾覆。
3.3提高桥梁的强度和延展性
影响桥梁抗震性能的两个关键因素是强度和延性。强度是指桥梁的刚度性能，即机械性能。强的刚度可以有效地增加地震中桥梁的受力极限，并避免桥梁结构弯曲。延性是控制断裂的有效方法。在抗震设计中，仅关注强度设计而忽略延性是错误的。无法保证在应力过程中桥梁不会发生位移。如果桥的延展性足够大，则轻微的位移根本不会对桥结构造成损坏。
3.4承载能力设计
桥梁的承载能力设计主要是要把握安全程度的差异，即根据不同位置的结构构件以及地震中遭受的破坏形式，确定桥梁的强度安全程度。这是避免地震中脆性破坏的最佳方法
3.5建立多条地震防线
在桥梁的抗震设计中，出于安全原因，应设置多条抗震线，以确保地震发生时，在破坏第一道防线后，有第二道和第三道防线在支撑以防止桥梁倒塌。
为了确保城市桥梁的抗震等级满足要求，桥梁的抗震设计应充分遵循上述设计原则。
4城市公路桥梁抗震设计的方法
4.1基于桥梁性能的设计方法
现阶段的桥梁抗震设计的主要思路就是这种方法。优点是设计完成后，在确定的地震等级条件下，能更好地保护该地区居民的生命财产安全，保证桥梁在地震后仍能合理使用。主要是结合桥梁抗震设计的要点，对桥梁抗震设计效果进行了综合分析，设计出科学设计的预期应用效果。设计人员应对地震灾害进行明确防护范围，定量分析，确保桥梁抗震设计方案更好地实施。这种抗震设计方法应用效果好，内容广泛，更适合于地震多发地区桥梁的抗震设计。
4.2基于非倒塌的桥梁抗震设计方法
本设计方法着重于以下两个规范：CALTRANS桥梁设计规范以及AASHTO LRFD设计规范。它是弹性地震反应系数与桥梁上部结构等效重量的乘积，明确指出水平荷载是水平力效应。AASHTO LRFD的场地系数需要AASHTO LFFD设计方法的设计者明确，根据桥梁的土质断面类型来确定最终的场地设计系数。
4.3基于桥梁材料延性的设计方法
在桥梁抗震设计过程中，对建筑材料的延性和桥梁的结构特点进行了设计和分析，以保证桥梁的抗震性能得到更好的提高。对桥梁结构进行抗震设计时，可以综合考虑桥梁结构的抗震性能，并采用该方法对桥梁进行抗震设计，主要就是根据地震作用下桥梁结构的抗震性能。
5城市公路桥梁抗震设计的内容及新技术应用
5.1城市公路桥梁抗震设计的内容
抗震设计内容根据公路桥梁不同部位是不同的。公路桥梁上部结构的抗震设计应根据跨度结构形式进行设计。如果公路桥梁的跨度较大时使用具有更好整体性的横截面，例如抗震性能极佳箱形截面。如果在设计中选择了多跨简支梁，并且必须保持桥面板的连续性，必须增强梁之间的垂直和水平关系。在桥梁设计中，如果必须同时使用拱形结构和梁结构则必须加固桥的连接部分，设计人员应尽量避免在桥梁中同时使用。
在公路桥梁的下部结构设计基础应选择土壤质量相对稳定的区域。如果施工条件良好应使用重力桥台。该基台施工过程更加方便，成本较低，具有良好的经济效益，其抗震性能优于其他基台。
连接器是桥梁整体结构中容易损坏的部分，因此连接器的抗震设计是公路桥梁抗震设计的非常重要组成部分。轴承和伸缩缝是连接部件。设计人员应在增加伸缩量的同时尽量减少伸缩缝的数量。关节的可变形性使其可以适应地震。
另外，建议将桥梁的轴线设计为直线在公路桥梁的抗震设计中，因为弯曲或倾斜的桥梁会增加地震响应的复杂性。选择地基时，尝试在较硬的土壤中进行施工。应避免使用柔软的地基进行施工。设计人员在设计时还应通过在多个墩上布置弹性支撑来分散地震力，选择连续的小跨度。在抗震防线的设计应选择超静定结构以确保结构的坚固可靠。
5.2桥梁抗震设计新技术的具体应用
（1） HDR高阻尼隔振橡胶轴承的具体应用
HDR高阻尼隔振橡胶轴承，需要有效简化为双线性的恢复力学模型。桥梁地震设计者使用有限元的分析软件来构建相应的桥梁空间的有限元模型。其中，主梁和桥墩均采用三维梁单元。膜片的负载和第二阶段的恒定负载是桥接元件的附加重量。采用有限元软件的分析方法建立桩基的模型。
桥梁结构将直接进入弹塑性状态并发生弹塑性变形在地震作用较强的时候。地震力主要损坏桥梁的墩柱。因此，桥梁结构的抗震性能与墩柱的变形和延性密切相关。使用HDR高阻尼隔振橡胶的轴承后，通过在上下结构中安装相应的隔离层，如果发生地震，则桥的上部和下部处于绝缘状态，地震的滞后性能施加隔离支持。结果桥墩的弯矩和剪切力一直减小，桥墩顶部的纵向和横向的位移减小，具有良好的隔震以及减震效果。
另外，墩柱本身的非线性变形能力与塑性铰区域的延展性有关。为了确保更好地改善墩柱的承载能力和延性，设计人员必须改进原始的加固方法。通过采用核心柱结构的设计方法，塑料铰链会出现在墩上。通过适当地增加塑料铰链部分中的箍筋和主加强件的数量，可以提高墩的稳定性。
（2）桥梁隔震技术的应用
通过在桥梁内部安装适当的结构部件，这些部件可以抵抗和分散外部地震力，从而确保桥梁在强地震的影响下仍能保持良好的性能。大力应用隔震的技术可以确保充分提高桥梁工程的抗震水平。桥梁的稳定性和安全性不断降低了地震对桥梁工程的影响。通过合理安装部件，真正可以分散和抵消地震力，达到减震的目的。
（3）层状橡胶轴承的设计与应用
在桥梁工程的混凝土施工中，在桥梁与桥墩之间安装相应的支撑装置，可以确保更好地提高工程的安全性能，对桥梁之间的应力和冲击具有良好的缓解作用。一般来说，这种支撑装置称为轴承，是一种相对重要的桥梁隔震装置。轴承内的钢板和橡胶板的缓冲作用可实现良好的减震效果。由于橡胶具有更好的缓冲性能，因此可以确保桥具有更大的阻尼效果，并且橡胶的变形可以有效抵消地震力。
（4）钢制减震器的设计与应用
钢制阻尼器在桥梁阻尼设计中被广泛使用。由于钢制减震器的可塑性，具有较低的建造成本和良好的耐久性，它们可以达到预期的减震效果，具有较高的可操作性。钢制减震器在不同类型的工程中均取得了良好的应用效果，是因为具有良好的可塑性。对于桥梁抗震设计人员，有必要弄清钢制减震器的具体安装方位，最后根据桥梁空间的差异确定钢制减震器所需的安装位置。
（5）铅橡胶轴承的设计与应用
铅芯橡胶轴承主要体现在板状结构中。通过将引线芯插入橡胶轴承，可以更好地改善轴承的阻尼系数。这主要是因为引线芯具有良好的机械性能并且屈服剪切力相对较低、高剪切刚度。在实际施工过程中，合理设计和安装铅橡胶轴承可以确保充分抵消外力，并可以延长桥梁工程的使用寿命。优点是抗震效果好，缺点是安装较困难。因此，在选择隔震装置时，设计人员必须了解该装置的承载能力，结合桥梁工程的荷载要求，科学设置隔震装置，并测试每个装置的承载能力，以确保减震效果的阻尼效果。
合理应用隔震装置除了可以消除地震力外，还能够保证桥梁工程在地震的环境下的可靠坚固，保证道路交通的安全。而且，隔震装置的恢复能力也特别高。当其特别大时，该装置有效地提高了桥梁结构的可靠性，可以在最短的时间内恢复，并确保了道路车辆的稳定运行。
6结语
对于城市公路桥梁的抗震设计及施工，设计人员在设计施工的过程中必须做好本职工作。严格的规范桥梁建设要求，细心把握安装细节。公路桥梁的抗震能力直接关系到桥梁的质量。为了提高我国的公路桥梁的施工的质量，科研的人员必须不断开发新的技术。只有保证路桥建设的质量，人们的出行才会越来越安全和便捷，中国的发展才会越来越稳定与高效。
参考文献
[1]杨泽伟.桥梁结构抗震设计要点及抗震措施[J].四川建材,2020,46(09):72+79.
[2]汪罗英.桥梁抗震设计与加固技术探讨[J].中国公路,2020(15):78-79.
[3]刘鹏,程永欢.关于城市桥梁在8度强震区的抗震设计讨论[J].内蒙古公路与运输,2020(02):11-14+21.
[4]陈泉杜.桥梁抗震设计理论分析[J].居业,2020(04):16-17.
[5]王济源,李雪婷.桥梁震害及抗震设计方案[J].工程建设与设计,2020(03):123-125.
作者简介：姓名：张勇（1987.11.04）；性别：男，民族：汉，籍贯：青海，学历：本科；现有职称：中级工程师；研究方向：桥梁工程。