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【摘 要】 我国是世界上地震灾害最多的国家之一。地震灾害不仅造成大量人员伤亡、大量地面建筑物和各种设施的破坏与倒塌，更严重的是使作为生命线的道路交通中断，给后续救助工作造成了极大的困难。为了保障人民财产的安全及公路桥梁设施的完好，更好地发挥公路运输在抗震救灾中的作用，就需要在桥梁设计中对桥梁抗震设计有充分的重视。本文通过对桥梁结构不同的震害进行分析，提出针对性的抗震设计，讨论了高烈度地震区桥梁抗震的概念设计和延性设计，探讨具体的设计对策。
【关键词】 烈度;抗震;桥梁;地震;震害
云南是我国一个多震的地区，而且在云南境内，桥梁数量众多，如牛栏江大桥、怒江大桥、亚洲第一高桥的红河大桥等。对于云南这样一个高烈度、多地震地区，合理的结构形式和成功的桥梁抗震设计，可以从根本上降低桥梁工程结构的地震响应，降低地震灾害损失。
一、桥梁结构震害
1、上部结构震害据数据调查，由于地震力效应直接导致的上部结构损坏情况较少，而因支承部位连接件的失效、梁和桥墩或桥台的相对位移过大、或梁间破坏等引起的扭曲、主梁移位、落梁、局部的碰撞、裂缝等现象较多。主梁移动震害包括纵桥向移位、横桥向移位和平面旋转。
2、桥梁支座震害。桥梁支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要结构部件，它能将桥梁上部结构的反力和变形（位移和转角）可靠地传递给桥梁下部结构。支座在桥梁工程造价中所占的比重很小，因而往往未能引起设计人员的足够重视，一般被当成附属构件来对待，未能仔细研究设计，有时反而成为桥梁结构中的薄弱环节。高强度地震时梁的纵、横向位移过大，导致支座承受很大的剪力和变形，引起桥梁支座的破坏。
3、下部结构震害。桥梁是多支点的长线形结构，桥墩、桥台与周围的土体直接发生作用。在地震力的反复作用下，盖梁下方或柱身与基础的连接处常出现受压边缘混凝土压溃、墩台身混凝土开裂、墩柱屈曲开裂、内部钢筋裸露屈曲等。严重的破坏现象还包括墩台的严重倾斜、剪断或折断、倒塌等。钢结构的桥墩可能会发生严重的屈曲而失稳，从而丧失承载力。
4、基础结构震害。砂质粘土、粘土砂质土的地基承载力较低，在地震作用下容易发生地基液化现象，地基的剪切强度降低、承载力的下降使得桥梁基础及桥台受静力压力和地震力压力的作用而发生水平滑移或转动，引起基础沉降、地基失效，进一步可能会导致桥梁墩台的下陷，墩身开裂，使整体桥梁结构垮塌。
二、高烈度地震区桥梁抗震概念设计
地震运动具有不确定性和复杂性这两个特点，而现行的设计方法中结构抗震计算模型的假定往往与实际地震反应存在着差异性，有鉴于此，理论计算分析和实际并不相符，所以概念设计比结构计算设计更为重要。首先，在建筑结构抗震设计中有强柱弱梁这一概念，就是柱子不先于梁破坏，因为梁破坏属于构件破坏，是局部性的，柱子破坏将危及整个结构的安全，可能会整体倒塌，后果严重。要保证柱子更“相对”安全，故要“强柱弱梁”。桥梁工程在地震灾害中往往是下部结构破坏，且下部结构破坏也容易引起整体结构的坍塌，因此在桥梁工程抗震设计中也应当注重强墩弱梁这一概念。其次，对于上部结构的震害往往是由于相对位移过大造成的，在概念设计中，需要采取有效的控制梁和墩台的相对位移的措施，如加强桥面的连续性、对盖梁断面进行优化设计，对于桥墩较高、跨度较大的桥型应设置防落梁措施。对于高墩桥梁，若某个墩台自振周期与结构整体的自振周期较大，对整体结构动力影响就较大，因此，有必要对桥墩进行弹塑性分析和计算。此外，在地震作用下，考虑不同连跨的偶联作用，在必要处如伸缩缝部位增加防落装置。再次，保证刚度和质量平衡。连续梁桥设计中，由于相邻桥墩高度的不同，桥梁各部位刚度相差较大，而水平地震力的分配与构件刚度有关，刚度越大，所承担的地震力越大，这容易影响桥梁整体的抗震性能。在高烈度地震区尽可能采用整体性和规则性好的桥梁结构，结构的布置要力求几何尺寸、质量和刚度均匀、对称、规则，避免突然变化。从几何线形上看，尽量选用直线桥梁。其次选择合理的连接形式，对桥梁抗震性能十分重要，对于高橋墩的桥梁，建议采用上部结构与下部结构有选择性的刚性连接;对于矮墩桥梁，上部结构和下部结构联结建议采用支座连接方式，并合理设置梁墩的搭接长度。当由于地质和外在条件的影响无法避免刚度不均匀现象时，可以通过调整桥墩的直径和支座型式来达到调节刚度的目的。还有，支座是桥梁震害的薄弱部位，梁和墩台的节点、桥墩与基础的节点在地震力作用下受到水平地震力、竖向剪力、弯矩的作用，结构受力分析较为复杂，采取合理的节点处理连接方案可以有效地减少支座灾害。此外在对支座进行抗震设计时，要求支座的锚栓、防震板等除有足够的抗震强度外，还要考虑有足够安全的防落梁和隔震支座。具体如上部结构和下部结构采用刚接形式，这适用于高墩、大跨度的桥梁，它可以增加结构的超净定次数，在抵抗顺桥方向的地震力和抵抗侧向地震力上，桥墩顶部可以形成塑性铰，产生附加消耗地震力的机制。
三、延性和位移抗震设计方法
抗震设计的另一个原则是要求构件具有“强剪弱弯”的性能，及地震作用下构件应有足够的延性来释放地震作用力。传统的桥梁抗震设计采用强度设计方法，即使考虑到延性和位移，也是通过强度指标间接地实现。现在人们越来越认识到了位移在桥梁结构抗震设计中的重要性。很多研究者和工程师建议在抗震设计中直接使用位移为设计参数，这样就将形成多参数抗震设计方法。在这方面，各种非弹性反应谱的研究和应用工作一直在进行。一些建筑结构抗震设计指南和准则已经引入了位移设计的概念和方法。
直接基于位移的抗震设计是根据一定水准地震作用下预期的位移计算地震作用，进行结构设计，以使构件达到预期的变形，结构达到预期的位移。该方法采用结构位移作为结构性能指标，设计时假定位移是结构杭震性能的控制因素，通过设计位移谱得出在此位移时的结构有效周期，求出此时结构的基底剪力，进行结构分析，并且进行具体配筋设计。设计后用应力验算，不足的时候用增大刚度而不是强度的方法来改进，以位移目标为基准来配置结构构件。该法考虑了位移在抗震性能中的重要地位，可以在设计初始就明确设计的结构性能水平，并且使设计的结构性能正好达到目标性能水平。 四、多道抗震设计
所谓多道抗震设防，是指在一个抗震结构体系中，一部分延性好的构件在地震作用下首先达到屈服，充分发挥其吸收和耗散地震能量的作用，即负担起第一道抗震防线的作用。其他构件则在第一道抗震设防屈服后才依次屈服，从而形成第二道、第三道或更多道抗震防线。这样的结构体系对保证结构的抗震安全性是非常有效的。例如建筑结构中，框架剪力墙结构，剪力墙是第一道抗震防线，框架是第二道抗震防线。但相对于建筑结构，桥梁工程在这方面可利用的余地通常并不大。若桥梁采用具有多道抵抗地震作用的体系，则在地震动过程中，第一道防线破坏后尚有第二道防线可以支承结构，减小倒塌的可能性。因此，超静定结构优于同种类型的静定结构。
五、应用HDR高阻尼隔震橡胶支座抗震
传统的结构抗震方法，多是利用提高结构自身的抗力来抵抗地震作用。在高烈度地震区，桥墩刚度的提高，又必然导致地震力激增，会形成恶性循环。采用普通支座设计时，桥墩在地震作用下，往往进入塑性工作状态，震后需进行桥墩的维修加固工作，其抗震效果不理想。
在桥墩刚度较大时，采用合理的HDR高阻尼隔震橡胶支座设计，可以均匀分摊各桥墩的地震力，使全桥协同抗震。同时通过支座的滞回耗能，能有效地减小桥墩的位移、弯矩及剪力。
采用HDR高阻尼隔震橡胶支座设计的桥梁，地震响应远小于非隔震设计的桥梁，可有效降低地震动输入的能量。因此，可以通过优化桥墩和桩基尺寸及配筋设计，降低桥梁造价。隔震设计的桥梁，在强震作用下，桥墩一般处于弹性或微塑性的工作状态，震后一般不需要维修加固。
HDR高阻尼隔震橡胶支座具有良好的抗震性能。在桥墩刚度比较大、桥梁的基本周期比较短，或主要能量集中在高频段时，具有优异的隔震效果，极具推广价值。
六、结束语
大量的地震震害数据显示，合理的结构形式和成功的抗震设计可以大大减轻甚至避免震害的产生，尤其对于高烈度地震区，桥梁的抗震设计应更充分地进行抗震概念设计和抗震延性设计，采取合理的设计方案，努力做到“小震不壞、中震可修、大震不倒”。
参考文献：
[1]杨东.桥梁抗震设计探析[J].北方交通，2011，（3）：43-46.
[2]邓军.地震高烈度区桥梁抗震概念设计探讨[J].山西建筑，2011，37（25）：157-158.
[3]李春凤.汶川地震桥梁震害与延性抗震设计探讨[J].公路交通科技，2009.
【关键词】 烈度;抗震;桥梁;地震;震害
云南是我国一个多震的地区，而且在云南境内，桥梁数量众多，如牛栏江大桥、怒江大桥、亚洲第一高桥的红河大桥等。对于云南这样一个高烈度、多地震地区，合理的结构形式和成功的桥梁抗震设计，可以从根本上降低桥梁工程结构的地震响应，降低地震灾害损失。
一、桥梁结构震害
1、上部结构震害据数据调查，由于地震力效应直接导致的上部结构损坏情况较少，而因支承部位连接件的失效、梁和桥墩或桥台的相对位移过大、或梁间破坏等引起的扭曲、主梁移位、落梁、局部的碰撞、裂缝等现象较多。主梁移动震害包括纵桥向移位、横桥向移位和平面旋转。
2、桥梁支座震害。桥梁支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要结构部件，它能将桥梁上部结构的反力和变形（位移和转角）可靠地传递给桥梁下部结构。支座在桥梁工程造价中所占的比重很小，因而往往未能引起设计人员的足够重视，一般被当成附属构件来对待，未能仔细研究设计，有时反而成为桥梁结构中的薄弱环节。高强度地震时梁的纵、横向位移过大，导致支座承受很大的剪力和变形，引起桥梁支座的破坏。
3、下部结构震害。桥梁是多支点的长线形结构，桥墩、桥台与周围的土体直接发生作用。在地震力的反复作用下，盖梁下方或柱身与基础的连接处常出现受压边缘混凝土压溃、墩台身混凝土开裂、墩柱屈曲开裂、内部钢筋裸露屈曲等。严重的破坏现象还包括墩台的严重倾斜、剪断或折断、倒塌等。钢结构的桥墩可能会发生严重的屈曲而失稳，从而丧失承载力。
4、基础结构震害。砂质粘土、粘土砂质土的地基承载力较低，在地震作用下容易发生地基液化现象，地基的剪切强度降低、承载力的下降使得桥梁基础及桥台受静力压力和地震力压力的作用而发生水平滑移或转动，引起基础沉降、地基失效，进一步可能会导致桥梁墩台的下陷，墩身开裂，使整体桥梁结构垮塌。
二、高烈度地震区桥梁抗震概念设计
地震运动具有不确定性和复杂性这两个特点，而现行的设计方法中结构抗震计算模型的假定往往与实际地震反应存在着差异性，有鉴于此，理论计算分析和实际并不相符，所以概念设计比结构计算设计更为重要。首先，在建筑结构抗震设计中有强柱弱梁这一概念，就是柱子不先于梁破坏，因为梁破坏属于构件破坏，是局部性的，柱子破坏将危及整个结构的安全，可能会整体倒塌，后果严重。要保证柱子更“相对”安全，故要“强柱弱梁”。桥梁工程在地震灾害中往往是下部结构破坏，且下部结构破坏也容易引起整体结构的坍塌，因此在桥梁工程抗震设计中也应当注重强墩弱梁这一概念。其次，对于上部结构的震害往往是由于相对位移过大造成的，在概念设计中，需要采取有效的控制梁和墩台的相对位移的措施，如加强桥面的连续性、对盖梁断面进行优化设计，对于桥墩较高、跨度较大的桥型应设置防落梁措施。对于高墩桥梁，若某个墩台自振周期与结构整体的自振周期较大，对整体结构动力影响就较大，因此，有必要对桥墩进行弹塑性分析和计算。此外，在地震作用下，考虑不同连跨的偶联作用，在必要处如伸缩缝部位增加防落装置。再次，保证刚度和质量平衡。连续梁桥设计中，由于相邻桥墩高度的不同，桥梁各部位刚度相差较大，而水平地震力的分配与构件刚度有关，刚度越大，所承担的地震力越大，这容易影响桥梁整体的抗震性能。在高烈度地震区尽可能采用整体性和规则性好的桥梁结构，结构的布置要力求几何尺寸、质量和刚度均匀、对称、规则，避免突然变化。从几何线形上看，尽量选用直线桥梁。其次选择合理的连接形式，对桥梁抗震性能十分重要，对于高橋墩的桥梁，建议采用上部结构与下部结构有选择性的刚性连接;对于矮墩桥梁，上部结构和下部结构联结建议采用支座连接方式，并合理设置梁墩的搭接长度。当由于地质和外在条件的影响无法避免刚度不均匀现象时，可以通过调整桥墩的直径和支座型式来达到调节刚度的目的。还有，支座是桥梁震害的薄弱部位，梁和墩台的节点、桥墩与基础的节点在地震力作用下受到水平地震力、竖向剪力、弯矩的作用，结构受力分析较为复杂，采取合理的节点处理连接方案可以有效地减少支座灾害。此外在对支座进行抗震设计时，要求支座的锚栓、防震板等除有足够的抗震强度外，还要考虑有足够安全的防落梁和隔震支座。具体如上部结构和下部结构采用刚接形式，这适用于高墩、大跨度的桥梁，它可以增加结构的超净定次数，在抵抗顺桥方向的地震力和抵抗侧向地震力上，桥墩顶部可以形成塑性铰，产生附加消耗地震力的机制。
三、延性和位移抗震设计方法
抗震设计的另一个原则是要求构件具有“强剪弱弯”的性能，及地震作用下构件应有足够的延性来释放地震作用力。传统的桥梁抗震设计采用强度设计方法，即使考虑到延性和位移，也是通过强度指标间接地实现。现在人们越来越认识到了位移在桥梁结构抗震设计中的重要性。很多研究者和工程师建议在抗震设计中直接使用位移为设计参数，这样就将形成多参数抗震设计方法。在这方面，各种非弹性反应谱的研究和应用工作一直在进行。一些建筑结构抗震设计指南和准则已经引入了位移设计的概念和方法。
直接基于位移的抗震设计是根据一定水准地震作用下预期的位移计算地震作用，进行结构设计，以使构件达到预期的变形，结构达到预期的位移。该方法采用结构位移作为结构性能指标，设计时假定位移是结构杭震性能的控制因素，通过设计位移谱得出在此位移时的结构有效周期，求出此时结构的基底剪力，进行结构分析，并且进行具体配筋设计。设计后用应力验算，不足的时候用增大刚度而不是强度的方法来改进，以位移目标为基准来配置结构构件。该法考虑了位移在抗震性能中的重要地位，可以在设计初始就明确设计的结构性能水平，并且使设计的结构性能正好达到目标性能水平。 四、多道抗震设计
所谓多道抗震设防，是指在一个抗震结构体系中，一部分延性好的构件在地震作用下首先达到屈服，充分发挥其吸收和耗散地震能量的作用，即负担起第一道抗震防线的作用。其他构件则在第一道抗震设防屈服后才依次屈服，从而形成第二道、第三道或更多道抗震防线。这样的结构体系对保证结构的抗震安全性是非常有效的。例如建筑结构中，框架剪力墙结构，剪力墙是第一道抗震防线，框架是第二道抗震防线。但相对于建筑结构，桥梁工程在这方面可利用的余地通常并不大。若桥梁采用具有多道抵抗地震作用的体系，则在地震动过程中，第一道防线破坏后尚有第二道防线可以支承结构，减小倒塌的可能性。因此，超静定结构优于同种类型的静定结构。
五、应用HDR高阻尼隔震橡胶支座抗震
传统的结构抗震方法，多是利用提高结构自身的抗力来抵抗地震作用。在高烈度地震区，桥墩刚度的提高，又必然导致地震力激增，会形成恶性循环。采用普通支座设计时，桥墩在地震作用下，往往进入塑性工作状态，震后需进行桥墩的维修加固工作，其抗震效果不理想。
在桥墩刚度较大时，采用合理的HDR高阻尼隔震橡胶支座设计，可以均匀分摊各桥墩的地震力，使全桥协同抗震。同时通过支座的滞回耗能，能有效地减小桥墩的位移、弯矩及剪力。
采用HDR高阻尼隔震橡胶支座设计的桥梁，地震响应远小于非隔震设计的桥梁，可有效降低地震动输入的能量。因此，可以通过优化桥墩和桩基尺寸及配筋设计，降低桥梁造价。隔震设计的桥梁，在强震作用下，桥墩一般处于弹性或微塑性的工作状态，震后一般不需要维修加固。
HDR高阻尼隔震橡胶支座具有良好的抗震性能。在桥墩刚度比较大、桥梁的基本周期比较短，或主要能量集中在高频段时，具有优异的隔震效果，极具推广价值。
六、结束语
大量的地震震害数据显示，合理的结构形式和成功的抗震设计可以大大减轻甚至避免震害的产生，尤其对于高烈度地震区，桥梁的抗震设计应更充分地进行抗震概念设计和抗震延性设计，采取合理的设计方案，努力做到“小震不壞、中震可修、大震不倒”。
参考文献：
[1]杨东.桥梁抗震设计探析[J].北方交通，2011，（3）：43-46.
[2]邓军.地震高烈度区桥梁抗震概念设计探讨[J].山西建筑，2011，37（25）：157-158.
[3]李春凤.汶川地震桥梁震害与延性抗震设计探讨[J].公路交通科技，2009.