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摘要：大量公路梁桥在破坏性地震中遭受严重损坏，尤其在四川省多山地区，这一问题尤为严峻。关于山区桥梁的抗震设计问题，迄今没有完善的抗震设计规范。因此本文结合我国桥梁抗震设计规范的发展以及相关规定，对山区特殊线型桥梁的抗震思路和措施进行讨论，并对今后的研究进行了展望。
关键词：公路连续梁桥桥梁震害抗震设计理念研究展望
中图分类号：U448文献标识码： A
引言
我国地貌复杂多变，属于一个多地震国家。四川省多为山区地貌，又为地震灾害多发地区，因此研究山区桥梁的抗震设计意义尤为重大。桥梁作为连接生命线的重要工程，一旦在地震中发生损坏，将造成巨大的损失。预应力混凝土连续梁桥是现今在山区公路桥梁中应用最为广泛的桥型[1]，因此有必要依据其动力特性进行抗震设计，以保证这类桥型在破坏性地震动下能保持基本结构的完好和畅通。
1、公路桥梁抗震设计规范的发展
中国公路桥梁抗震设计规范的发展可划分为三代：第一代为1977年开始实施的《公路工程抗震设计规范》[2]；第二代是1990年开始实施的《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004 - 89)[3]；最新一代为《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02 - 01 - 2008)[4]。
与第一、二代规范相比, 新一代规范在抗震设计理念和方法上的变化主要表现为：
（1） 采用了分级设防的抗震理念——“小震不坏、中震可修、大震不倒”。
在桥梁的使用寿命中可能遭遇不同等级的地震,在所有等级的地震下要求结构都保持弹性是不经济、不现实的。因此需要采用科学而合理的“小震不壞、中震可修、大震不倒”的分级设防理念，即在不同等级的地震激励下桥梁结构应具有不同的抗震性能。“小震不坏”意味着结构保持弹性；“中震可修”要求结构能够在震后修复；“大震不倒”则要求结构不能垮塌。
（2） 采用了强度和变形的二次设计方法。
在大震作用下，桥梁结构的倒塌、落梁可能是由下部结构的强度不足，或是上、下结构间的相对变形过大造成。因此，规定了考虑强度及变形的位移设计方法以验证结构在大震作用下的强度和变形程度。
（3） 取消了综合影响系数Cz 的概念。
前两代规范中的综合影响系数Cz 是为了修正弹性理论计算与结构在实际情况下弹塑性地震响应之间的差异，而引入的地震力折减系数。地震力折减系数考虑了阻尼、结构的形式和塑性变形等多种因素的影响。由于新一代规范采用了分级设防的抗震设计理念，明确规定了结构在不同等级地震动下的状态，故不必再采用地震力折减系数。
（4） 引入了延性设计。
在新规范中规定，桥梁结构可以降低结构的位移和刚度来减小地震力输入的思路进行延性设计，即通过配置结构中潜在的塑性铰区域的钢筋，来提高核心混凝土的约束度以满足塑性变形能力和承载能力的要求。
（5） 引入了减隔震设计。
新一代规范中规定了在结构中减小地震力输入的措施，即安装铅销橡胶支座等减隔震装置和适应其变位的伸缩装置，使结构的固有周期延长、结构的阻尼增大。
（6） 加强和细化了抗震措施。
实际发生的地震在能量的释放、持续的时间等方面与设计反应谱、设计时程有较大的差异，因此结构在实际地震作用时往往不能准确地被预计到。因此，在抗震设计之外，应选择与抗震设计相配套的抗震措施。
2、山区桥梁抗震设计的改善
山区桥梁抗震理念中最重要的一条是刚度和质量的平衡[5]。因此在山区公路中不建议采用简支梁，应多采用连续梁桥，或是采用简支变连续。对于连续梁桥，水平地震力在各墩柱之间的分配一般不均匀，刚度较大的墩将承受较大的水平地震力。为提高了结构的整体抗震能力，避免因相邻桥墩高度不同而导致刚度相差，在设计时应尽可能使同一联内的各桥墩在高度上相近。此外，如果质量中心偏离刚度扭转中心，上部结构将在扭矩作用下产生水平转动，使出现落梁、碰撞等破坏现象的概率增加。
山谷两侧的山体坡度大，为达到设计标高，设计时往往出现桥墩高度相差悬殊、跨距不均匀、刚度和质量不平衡等情况。为解决这一问题，要求山区桥梁设计时优先采用“等跨径、等桥宽、等墩高”的原则。在地貌高低起伏的山区上采用连续梁形式取代简支形式，并通过护筒使每一联内的有效墩高相对接近。护筒的设置可满足护筒中的墩身在地震力作用下能够自由变形，释放多余的能量。在墩柱高度相差很大的连续梁桥结构中，可通过设置伸缩缝消除连接的两联结构由刚度差异对剪力分配产生的影响。
然而，山区桥梁因为地形复杂、施工条件受限、工程造价高等原因，在选用直线梁桥外，不可避免存在斜桥、坡桥、曲线梁桥等线型。因此在应用以上桥型时，必须对其在设计结构的改善措施，以提高其抗震性能。
（1）山区斜桥抗震设计
除了上述注意事项以外，山区公路斜桥要更加注重墩台顶部预留宽度的处理问题和该处与上部梁体结构的连接作用。在地震动的作用下，斜桥基础通过桥墩传递给上部结构的地震力在水平面内与桥轴线斜交，因此桥梁上部结构将伴随产生一定幅度的平面转动。当盖梁的剪力键强度不足以抵抗上部结构的转动时，将出现落梁。此外，桥梁的转动会加剧主梁间的相互碰撞，破坏主梁和伸缩缝等构件。因此，支座宽度大于梁体宽度，上部梁体结构的连接作用要相应加强。
（2）山区坡桥抗震设计
山区公路坡桥的各墩在纵向高度往往相差较大，这就导致了桥墩刚度的分配差异问题。因此要求采用一定的措施来调节结构的刚度和质量。坡桥还必须对其坡度值加以限制。若结构的坡度过大，则桥梁纵向上的矮墩位将承受很大的冲击，为解决这一问题，需要在墩位较低侧加强连接强度以及加强墩部的抗弯承载力。此外，坡桥在坡度方向会受自重影响将产生滑动倾向，所以选用支座时一定要充分针对安全问题考虑选择相应的尺寸。
（3）山区曲线梁桥抗震设计
由于曲线梁桥在受力上比普通桥梁更加复杂，山区公路曲线梁桥在地震动下的响应是最值得深入研究和探讨的。在地震荷载作用下，结构的各方向将产生相应的加速度和扭转力，因此桥墩结构的选型是曲线梁桥的设计中应特别注意的问题，其中以单圆形墩柱性能最优。单圆形墩柱在横、纵向的惯性矩和截面特性都相同，且对于不确定方向的荷载有很好的抵抗效果，因此结构在承受扭矩时，单圆形柱墩比双柱墩更具有优势。
3、公路桥梁抗震设计中存在的问题
根据本文对公路桥梁抗震研究现状的综述，可以认为国内目前对公路梁桥在地震动作用下的行为已经有了相当丰富的认识；然而，这些认识仍存在不一致甚至相互矛盾之处，有待进一步研究解决：
（1）简化抗震计算方法研究有待更系统的参数研究工作；
（2）非规则梁桥抗震性能设计方法研究值得深入讨论；
（3）减隔震设计研究的应用效果有待进一步证实。
4、结论
本文以山区桥梁结构的抗震设计理念为基础，结合国内抗震规范的发展情况提出改善意见， 并针对非规则线型梁桥的抗震设计方法的研究现状做适当总结，最终对山区桥梁抗震的发展趋势作综合展望。以上所述可为桥梁设计人员对抗震设计的进一步理解做参考, 亦可作为研究人员了解抗震研究动态及科研选题的借鉴。
参考文献
【1】林万杰.大跨长联预应力混凝土连续梁桥地震反应分析[D].成都：西南交通大学,2006；
【2】交通部公路规划设计院. 公路工程抗震设计规范[ S]. 北京：人民交通出版社, 1977；
【3】交通部公路规划设计院. JTG004 - 89公路工程抗震设计规范[ S]. 北京：人民交通出版社, 1989；
【4】重庆交通科研设计院. JTG/T B02 - 01 - 2008公路桥梁抗震设计细则[ S ]. 北京: 人民交通出版社,2008；
【5】范立础，王志强． 桥梁减隔震设计［M］．北京：人民交通出版社，2001；
关键词：公路连续梁桥桥梁震害抗震设计理念研究展望
中图分类号：U448文献标识码： A
引言
我国地貌复杂多变，属于一个多地震国家。四川省多为山区地貌，又为地震灾害多发地区，因此研究山区桥梁的抗震设计意义尤为重大。桥梁作为连接生命线的重要工程，一旦在地震中发生损坏，将造成巨大的损失。预应力混凝土连续梁桥是现今在山区公路桥梁中应用最为广泛的桥型[1]，因此有必要依据其动力特性进行抗震设计，以保证这类桥型在破坏性地震动下能保持基本结构的完好和畅通。
1、公路桥梁抗震设计规范的发展
中国公路桥梁抗震设计规范的发展可划分为三代：第一代为1977年开始实施的《公路工程抗震设计规范》[2]；第二代是1990年开始实施的《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004 - 89)[3]；最新一代为《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02 - 01 - 2008)[4]。
与第一、二代规范相比, 新一代规范在抗震设计理念和方法上的变化主要表现为：
（1） 采用了分级设防的抗震理念——“小震不坏、中震可修、大震不倒”。
在桥梁的使用寿命中可能遭遇不同等级的地震,在所有等级的地震下要求结构都保持弹性是不经济、不现实的。因此需要采用科学而合理的“小震不壞、中震可修、大震不倒”的分级设防理念，即在不同等级的地震激励下桥梁结构应具有不同的抗震性能。“小震不坏”意味着结构保持弹性；“中震可修”要求结构能够在震后修复；“大震不倒”则要求结构不能垮塌。
（2） 采用了强度和变形的二次设计方法。
在大震作用下，桥梁结构的倒塌、落梁可能是由下部结构的强度不足，或是上、下结构间的相对变形过大造成。因此，规定了考虑强度及变形的位移设计方法以验证结构在大震作用下的强度和变形程度。
（3） 取消了综合影响系数Cz 的概念。
前两代规范中的综合影响系数Cz 是为了修正弹性理论计算与结构在实际情况下弹塑性地震响应之间的差异，而引入的地震力折减系数。地震力折减系数考虑了阻尼、结构的形式和塑性变形等多种因素的影响。由于新一代规范采用了分级设防的抗震设计理念，明确规定了结构在不同等级地震动下的状态，故不必再采用地震力折减系数。
（4） 引入了延性设计。
在新规范中规定，桥梁结构可以降低结构的位移和刚度来减小地震力输入的思路进行延性设计，即通过配置结构中潜在的塑性铰区域的钢筋，来提高核心混凝土的约束度以满足塑性变形能力和承载能力的要求。
（5） 引入了减隔震设计。
新一代规范中规定了在结构中减小地震力输入的措施，即安装铅销橡胶支座等减隔震装置和适应其变位的伸缩装置，使结构的固有周期延长、结构的阻尼增大。
（6） 加强和细化了抗震措施。
实际发生的地震在能量的释放、持续的时间等方面与设计反应谱、设计时程有较大的差异，因此结构在实际地震作用时往往不能准确地被预计到。因此，在抗震设计之外，应选择与抗震设计相配套的抗震措施。
2、山区桥梁抗震设计的改善
山区桥梁抗震理念中最重要的一条是刚度和质量的平衡[5]。因此在山区公路中不建议采用简支梁，应多采用连续梁桥，或是采用简支变连续。对于连续梁桥，水平地震力在各墩柱之间的分配一般不均匀，刚度较大的墩将承受较大的水平地震力。为提高了结构的整体抗震能力，避免因相邻桥墩高度不同而导致刚度相差，在设计时应尽可能使同一联内的各桥墩在高度上相近。此外，如果质量中心偏离刚度扭转中心，上部结构将在扭矩作用下产生水平转动，使出现落梁、碰撞等破坏现象的概率增加。
山谷两侧的山体坡度大，为达到设计标高，设计时往往出现桥墩高度相差悬殊、跨距不均匀、刚度和质量不平衡等情况。为解决这一问题，要求山区桥梁设计时优先采用“等跨径、等桥宽、等墩高”的原则。在地貌高低起伏的山区上采用连续梁形式取代简支形式，并通过护筒使每一联内的有效墩高相对接近。护筒的设置可满足护筒中的墩身在地震力作用下能够自由变形，释放多余的能量。在墩柱高度相差很大的连续梁桥结构中，可通过设置伸缩缝消除连接的两联结构由刚度差异对剪力分配产生的影响。
然而，山区桥梁因为地形复杂、施工条件受限、工程造价高等原因，在选用直线梁桥外，不可避免存在斜桥、坡桥、曲线梁桥等线型。因此在应用以上桥型时，必须对其在设计结构的改善措施，以提高其抗震性能。
（1）山区斜桥抗震设计
除了上述注意事项以外，山区公路斜桥要更加注重墩台顶部预留宽度的处理问题和该处与上部梁体结构的连接作用。在地震动的作用下，斜桥基础通过桥墩传递给上部结构的地震力在水平面内与桥轴线斜交，因此桥梁上部结构将伴随产生一定幅度的平面转动。当盖梁的剪力键强度不足以抵抗上部结构的转动时，将出现落梁。此外，桥梁的转动会加剧主梁间的相互碰撞，破坏主梁和伸缩缝等构件。因此，支座宽度大于梁体宽度，上部梁体结构的连接作用要相应加强。
（2）山区坡桥抗震设计
山区公路坡桥的各墩在纵向高度往往相差较大，这就导致了桥墩刚度的分配差异问题。因此要求采用一定的措施来调节结构的刚度和质量。坡桥还必须对其坡度值加以限制。若结构的坡度过大，则桥梁纵向上的矮墩位将承受很大的冲击，为解决这一问题，需要在墩位较低侧加强连接强度以及加强墩部的抗弯承载力。此外，坡桥在坡度方向会受自重影响将产生滑动倾向，所以选用支座时一定要充分针对安全问题考虑选择相应的尺寸。
（3）山区曲线梁桥抗震设计
由于曲线梁桥在受力上比普通桥梁更加复杂，山区公路曲线梁桥在地震动下的响应是最值得深入研究和探讨的。在地震荷载作用下，结构的各方向将产生相应的加速度和扭转力，因此桥墩结构的选型是曲线梁桥的设计中应特别注意的问题，其中以单圆形墩柱性能最优。单圆形墩柱在横、纵向的惯性矩和截面特性都相同，且对于不确定方向的荷载有很好的抵抗效果，因此结构在承受扭矩时，单圆形柱墩比双柱墩更具有优势。
3、公路桥梁抗震设计中存在的问题
根据本文对公路桥梁抗震研究现状的综述，可以认为国内目前对公路梁桥在地震动作用下的行为已经有了相当丰富的认识；然而，这些认识仍存在不一致甚至相互矛盾之处，有待进一步研究解决：
（1）简化抗震计算方法研究有待更系统的参数研究工作；
（2）非规则梁桥抗震性能设计方法研究值得深入讨论；
（3）减隔震设计研究的应用效果有待进一步证实。
4、结论
本文以山区桥梁结构的抗震设计理念为基础，结合国内抗震规范的发展情况提出改善意见， 并针对非规则线型梁桥的抗震设计方法的研究现状做适当总结，最终对山区桥梁抗震的发展趋势作综合展望。以上所述可为桥梁设计人员对抗震设计的进一步理解做参考, 亦可作为研究人员了解抗震研究动态及科研选题的借鉴。
参考文献
【1】林万杰.大跨长联预应力混凝土连续梁桥地震反应分析[D].成都：西南交通大学,2006；
【2】交通部公路规划设计院. 公路工程抗震设计规范[ S]. 北京：人民交通出版社, 1977；
【3】交通部公路规划设计院. JTG004 - 89公路工程抗震设计规范[ S]. 北京：人民交通出版社, 1989；
【4】重庆交通科研设计院. JTG/T B02 - 01 - 2008公路桥梁抗震设计细则[ S ]. 北京: 人民交通出版社,2008；
【5】范立础，王志强． 桥梁减隔震设计［M］．北京：人民交通出版社，2001；